Выводы к главе 1

1. Проведенный анализ литературных данных показал, что для термической стабилизации радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и космического назначения, применяют аммиачные тепловые трубы с аксиальными канавками, в качестве корпусов которых служат профили с системой аксиальных канавок, изготовленные из алюминиевых сплавов методом экструзии. При этом аналитическими и экспериментальными исследованиями, проведенными за последнее десятилетие в разных странах, выявлено превалирующее влияние значения толщины пленки теплоносителя в зоне испарения на термическое сопротивление тепловых труб с аксиальными канавками.

2. Многочисленные исследования функционирования испарителей тепловых труб различного назначения и конструкции показывают, что основными причинами, ограничивающими теплопередающую способность тепловых труб с аксиальными канавками, являются:

• низкая транспортная способность капиллярной структуры в виде канавок, необходимая для перемещения жидкости из зоны конденсации в зону испарения;

• низкие, обусловленные малой удельной поверхностью капиллярной структуры в виде канавок, гидрофильные свойства капиллярной структуры, которые необходимы для формирования устойчивой тонкой пленки теплоносителя, испарение которой и обеспечивает высокую эффективность теплоотвода.

3. Повышение эффективности работы тепловых труб может быть обеспечено наличием в испарительной части тепловой трубы капиллярно-пористой структуры, характеризующейся иерархической двухуровневой (бипористой) системой сообщающихся пор, размеры которых отличаются на 3−4 порядка: макропоры (10–120 мкм) – для обеспечения капиллярного транспорта за счет сил капиллярного давления и нанопоры (3–20 нм) – для увеличения поверхности испарения теплоносителя. Поэтому современные тенденции повышения теплопередающей способности тепловых труб ориентированы, преимущественно, на решение материаловедческих задач в области создания бипористых структур с наноразмерной составляющей.

4. Методы получения бипористых материалов с наноразмерной составляющей можно условно разделить на две основные категории: 1) сборка наночастиц в пористый материал и 2) получение макропористого материала, например, способами порошковой металлургии с последующим нанесением на свободную поверхность макропор наноструктурного слоя из наноразмерных частиц. Существенными недостатками первой категории методов являются низкая механическая прочность материала вследствие невозможности спекания, приводящего к рекристаллизации наноструктуры, а также однородная пористая структура с низкой проницаемостью для жидкостей и газов. Характерный размер получаемых изделий, например, гранулированных носителей катализаторов, не превышает нескольких миллиметров. Главным недостатком второй категории является то, что объем нанопор и удельная поверхность керамики, как правило, ниже, чем у материалов, полученных путем формирования макропористого тела из нанопористых порошков. Это обусловлено отсутствием пор в подложках, на которые наносятся наноструктурные элементы.

5. На основании анализа современных методов получения тепловых труб с аксиальными канавками, установлено, что, с учетом требований, предъявляемых к структуре и свойствам материалов капиллярно-пористых элементов конструкции испарителей, наиболее приемлем метод получения бипористой наноструктурной керамики на основе оксида (гидроксида) алюминия гидратационным твердением дисперсного алюминия. Такой материал имеет бипористую структуру с наноразмерной составляющей, может обеспечить адгезию к компактной алюминиевой подложке. Преимуществами метода гидратационного твердения является возможность получения капиллярно-пористой наноструктурной керамики в виде слоя заданной формы непосредственно в компактном корпусе. Метод не требует получения нанопорошка и его спекания. Обработка дисперсного алюминия в гидротермальных условиях или при нормальном давлении приводит к формированию механически прочного композита AlOОH/Al с развитой поверхностью и содержащего как нанопоры (4,5 нм), так и макропоры (1−20 мкм). При последующей термической дегидратации при 550 С гидроксиды алюминия различного состава переходят в активный оксид с формированием композита Al2O3/Al. Недостатком метода твердения промышленных порошков является неполное превращение алюминия в оксид, низкая удельная поверхность, содержание в структуре изолированных друг от друга и равномерно распределенных в оксидной матрице частиц металлического алюминия. При полном превращении алюминия происходит зарастание макропор наночастицами гидроксида и снижение проницаемости НСК.

Цель работы – разработка технологии получения методом гидратационного твердения дисперсного алюминия капиллярно-пористой наноструктурной керамики с бипористой структурой для тепловых труб.

Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:

• обосновать выбор исходного материала и исследовать процесс формирования структуры и свойств наноструктурной керамики при гидратационном твердении дисперсного алюминия с частицами пластинчатой формы;

• установить влияние термической обработки на закономерности формирования структуры, адсорбционно-структурных свойств, коэффициент проницаемости и механическую прочность наноструктурной керамики;

• исследовать процесс управления структурой наноструктурной керамики методом ингибирования кристаллизации и эволюцию структуры наноструктурной керамики в процессе оствальдова созревания;

• разработать физико-химическую модель процесса гидратационного твердения дисперсного алюминия с частицами пластинчатой формы, на основе выявленных закономерностей процессов твердения, спекания и оствальдова созревания оптимизировать технологические параметры гидратационного твердения и формирования наноструктурной керамики;

• разработать технологию получения капиллярно-пористой наноструктурной керамики на основе оксида алюминия для аммиачных тепловых труб с аксиальными канавками.

В качестве объекта исследования определена капиллярно-пористая наноструктурная керамика на основе бемита и оксида алюминия с бипористой структурой.

Предметом исследования является технология получения методом гидратационного твердения дисперсного алюминия капиллярно-пористой наноструктурной керамики в виде слоя на внутренней поверхности алюминиевого профиля с аксиальными канавками.