彩釉砖导热系数与温度关系的研究

陶瓷材料在焙烧时,其内部基本上眦传导传热为主。本文采用闪光法测试研究了彩釉砖在烧成过程中导热系数( )与温度的关系。试验结果表明,在室温至773K温度范围内, 导热系数随温度的变化符台抛物线关系, 而在773 K 至烧成温度(1433K)的温度范围内, 导热系数髓温度的变化符台线性关系。

彩釉砖导热系数与温度关系的研究吴清仁”吴建青骆健庭颜约俊 (南理 -大学无机材料系)华 r

摘

要

陶瓷材料在焙烧时，其内部基本上眦传导传热为主。本文采用闪光法测试研究 了彩釉砖在烧成过程中导热系数 (与温度的关系。试验结果表明，在室温至 73 ) 7 K温度范围内，导热系数随温度的变化符台抛物线关系，而在 73K至烧成温度 7 (43 13 K)的温度范围内，导热系数髓温度的变化符台线性关系。 系进行了研究。一

、

前

言二、实验方法和测试仪器本实验试采用日本产TL一型热常数 P 1 8测定仪，同时测定材料的兰个热物性：可导温系数 d热容量 ( Cp和导热系数。该 p )仪器的测试方法属于非稳态的闪光法。( )蔫试原理一

烧成是陶瓷材料生产中能耗最大周期较长的工序。用传统方法二次烧成面砖时， 素烧和釉烧时问占总生产时问的7;一次 0烧成日用瓷，烧成时间也占周期时间三分之一

到四分之一…。因此，缩短烧成时间是提

高产量，降低热耗节约燃料的重要措施。 由于陶瓷原料 (泥)属于低导热系数原坯料，导热性能较差，使加热速率受到了限制。随着自动控制技术的推广应用，陶瓷窑炉正向着自动控制的方向发展。而在用电子

在一块处于绝热状态具有均匀厚薄度 L 的薄圊片试样前表面，垂直辐照一束均匀的激光脉冲，若样品内部任意点x擐初的温度分布为 T (, 0),则在一维热流条件下， x任何时间t的温度分布 T (, t为： x )1 rL

计算机自动控制烧成过程中，坯体的热物性是必不可少的基本参数。因此，研究坯体在烧成过程中热物性 (别是导热系数 )的变特化，寻找影响热物性的因素，以期得到某种关系式，将影响烧成过程坯体热物性的因素表达出来，不仅可以有助于优化烧成曲线， 实现快烧和节能，而且可以为自动控制陶瓷

T x )= (,) x (,t÷lT x 0d+

妻 (

)

c o s谢I

x)s )’c警 oo5T

窑炉提供准确的依据。本文采用激光热常数仪，以

闪光汝对彩釉砖导热系数与温度的关

率课题获得中国自然科学贷盘资助 *对羽振群老师、戈壁璇老师的帮助表示衷心感

陶瓷材料在焙烧时,其内部基本上眦传导传热为主。本文采用闪光法测试研究了彩釉砖在烧成过程中导热系数( )与温度的关系。试验结果表明,在室温至773K温度范围内, 导热系数随温度的变化符台抛物线关系, 而在773 K 至烧成温度(1433K)的温度范围内, 导热系数髓温度的变化符台线性关系。

式中：“试样的导温系数 ( m/ )是 c s若激光脉冲能量 Q (/ m ) J c 破试样前表面 (=0 x )处极薄的一层 (度为 h)吸厚所收，则试样吸收激光脉冲能量的瞬时，内部各点的温度分布为：p

值的二分之一时所需要的时间。2、图 1曲线的直线部分外推 .横坐 .把

标截距 W=0 4,则由方程 ( .8 5)可得：a:

8 0 4 L￣.

一

( 8)

‘ C x

矗

T(.

∞:0

㈩ h< x< … L

t÷和 t 均可在实测的背表面温升曲线上求得。实际 i试计算时，为了方便一般均 j酊应用方程 (7)。 由T=Q/ c p L,可得热容量 ( c) p为：

式中： p试样密度 (/ t。, 试为 g ea ) c为

样的比热 (/ Jg K)} ( c) p称为试样的热容量 (/ I。K)。 J c I T

对于激光不透明材料， h是很小的，故有.

pp c=Q/ M L T =a pc

( 9)( 0 1)

因而，导热系数用下式计算：可n h n hL L

为了提高铡试准确度，需刨造实验条件使下述主要假定得到满足：激光脉冲持续时间应远小于试样达到热平衡的时间；热量只沿试样正面到背面的轴向一维传播；激光脉

因而，试样背表面 (= I)处的温度 x 变化由下式给出：

TLt (, )素 l 一 H2 ∑(唧

(半

) ( 3 )(4)

冲能量均匀地被试样前表面所吸收；应使试样背表面的最大温升尽可能小，通常约为 2 5℃,这时可认为试样的热物性为常~数，试样处于绝热状态，试样热损减小到可忽略不计。一

引入两个无量纲参数 V和 W: V:T( t/ L,) TM

W= a/ 。 tL ( 5)这里T=Q p L为试样受到激光辐/ c 照后背表面的最大温升。 将 (4)和 (5)代入 (3)可得：

般仪器的设计基本上满足了以上的假 ( )仪叠结构=

定。 仪器主要由四部分构成 (见

图 2和图参3)。

V( t=+2∑ ( 1 L, 1 )一) e xP (一n W ) (6 )

1激光源：采用直管型氤灯激励的红宝 .石激光器 ( 1 rm×1 0 m),波长6 3 0 a 5r a 94 A,最大脉冲时间约为 1L脉冲频率为 l s 2 i一，输出能量为5/ i激光器附带有 a rn Jr n。 a

以V( t和w为坐标，由方程 (可 L,) 6)得到图 1曲线。的 由方程 ( 6)和图 1可用两种方法确定，导温系数 a: 1当 V( t=0 5, w=13,由 . L,) .时 .7则方程 (5)可得：:

循环冷却水冷却。 2真空加热炉；加热炉采用由镑金属制 .成的隔热罩隔热。用 3 KVA电流加热器加热，可从室温加热到 10￣ 80C,炉内放置钽金

警：— _—

()㈩ 7

属试样支架，支架用三个支点的 Z O环固 。 r定试样以减少热损失真空卑四周有循环水冷却并自动升降。

式中； t÷为试样背表面温度达到最大52

陶瓷材料在焙烧时,其内部基本上眦传导传热为主。本文采用闪光法测试研究了彩釉砖在烧成过程中导热系数( )与温度的关系。试验结果表明,在室温至773K温度范围内, 导热系数随温度的变化符台抛物线关系, 而在773 K 至烧成温度(1433K)的温度范围内, 导热系数髓温度的变化符台线性关系。

3炉内真空系统：采用旋转泵和油扩散 .泵两级抽真空。旋转泵的流量为 7 L/ i, 5 r n. a真空度可达 O 1 3 a油扩散泵流量为 2 0 .3P, 0L

可大些。对于每一种材料的试样均有一个最佳厚度，而且随测试温度不同，蜒隹厚度也有所不同这是因为试样太厚，将使试样内

/ i,真空度可达13 a r n. .3×l一Pa用循环 0,

冷却水冷却扩散泵，并装有水压表及断水警报器。

百一 i E l

4光电测试系统：接触法 (0℃以下 ) . 70 采用 PtPt或cr A1电偶来探测试样背— Rh—热表面温升 j非接触法 (0￣上 )用 Pb 7 0C以采 S光敏电阻探测试样背表面温升。经补偿装置和直流差动放大后，送至有时标的示波器，

并由记录仪记录打印出试样背表面温升曲线。

w等 =图 3仪器方框图w

网一一

温升达到热平衡的时间增加，导致所测定的导温系数a值偏大J如果试样太薄，则难于满足激光脉冲时同应大大小于试样背表面温度达到最大值所需要的时间，导致所测定的0偏小。样的最佳厚度范鼠可由理论估算值

试和实浏确定。

圈 1方程 (6的曲鼓 )

甲闺2实验设备外貌

在实际测试中如果每个温度下都要选择最佳厚度，将是很困难的。一般根据推荐的试样厚度范围，选择几种不同的厚度来测定，出所测定的a的最大相对误差<5值%来选择。不同厚度的彩釉砖 (东石湾化工陶广瓷厂提供),在不同温度下导温系数口的测定值参见表一。 从表一可知，在本仪器推荐的试样厚度

(三)试祥爿蔷本仪器要求试样外直 …… 此处隐藏：7756字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……