Karol Pietrak

Study on Thermal Contact Resistance in Materials of Complex Structure

Abstract:

Termiczny opór międzyfazowy (kontaktowy) jest parametrem cieplnym opisującym nieciągłość pola temperatury na styku osnowy i fazy rozproszonej w materiałach kompozytowych. Wspomniana nieciągłość ma znaczny wpływ na efektywne właściwości cieplne kompozytu, w szczególności może prowadzić do istotnego, niepożądanego obniżenia efektywnej przewodności cieplnej materiału w przypadku małych rozmiarów wtrąceń, nawet jeśli zarówno wtrącenia, jak i osnowę cechuje wysoka przewodność cieplna. Zagadnienie badania termicznego oporu międzyfazowego cieszy się dużym zainteresowaniem w świecie naukowym z powodu potrzeby przewidywania oraz polepszania właściwości cieplnych nowoprojektowanych materiałów, skomplikowanej natury zjawisk w miejscu kontaktu oraz trudności wyznaczenia tego oporu na drodze eksperymentalnej.

Zasadnicza część rozprawy dotyczy wykorzystania metody impulsu cieplnego (ang. Laser Flash Method) do określania wielkości termicznego oporu międzyfazowego w kompozytach dwuskładnikowych - warstwowych oraz cząsteczkowych. Zastosowanie tej metody do pomiaru międzyfazowego oporu cieplnego w kompozytach cząsteczkowych n ie było wcześniej przedmiotem szerszych badań. Jej zaletą w stosunku do metod stanu ustalonego jest szybkość pomiaru oraz prostota aparatu pomiarowego. Poszukiwany parametr jest obliczany na podstawie pomiaru temperatury po stronie próbki przeciwnej niż strona ogrzewana impulsem cieplnym. Przy obliczeniach wykorzystywany jest model efektywnej przewodności cieplnej kompozytu. W rozwiązaniu problemu wykorzystane zostały metody analizy odwrotnej. Całość algorytmu analizy danych została zaimplementowana w środowisku MATLAB. Praca przedstawia wyniki pomiarów dla kompozytów warstwowych dwuskładnikowych oraz kompozytu cząsteczkowego o osnowie polimerowej z wtrąceniami szklanymi. Pomiary termicznego oporu międzyfazowego w kompozycie cząsteczkowym wykonano dla małych udziałów objętościowych napełniacza (do 40% obj.).