Вплив контактної теплопровідності міжфазної границі алмаз–металічна зв’язка на теплопровідність алмазовмісних композитів

Abstract

Досліджено вплив контактної теплопровідності міжфазної границі алмаз–металічна зв’язка на теплопровідність алмазовмісних композитів з дво- і трикомпонентною металічними зв’язками на основі нікелю. Розроблено установку та методику вимірювання залежності коефіцієнта теплопровідності зв’язок та композитів на їх основі від складу (зокрема, наявності карбідоутворюючих добавок) і структури, проведено дослідження такої залежності. Запропоновано теоретичну модель теплопровідності композита, яка забезпечує врахування реальної форми кристала алмазу та контактної теплопровідності його граней. Одержана шляхом розв’язання оберненої задачі оцінка контактної теплопровідності міжфазної границі задовільно узгоджується з відомими в літературі даними прямих фізичних досліджень та аналогічними оцінками для композитів на алюмінієвій та мідній зв’язках. Результати моделювання свідчать про значний вплив контактного опору на температурний режим роботи алмазного інструменту.

Исследовано влияние контактной теплопроводности межфазной границы алмаз–металлическая связка на теплопроводность алмазосодержащих композитов с двух- и трехкомпонентной металлическими связями на основе никеля. Разработана установка и методика измерения зависимости коэффициента теплопроводности связок и композитов на их основе от состава (в частности, наличия карбидообразующих добавок) и структуры, проведено исследование такой зависимости. Предложена теоретическая модель теплопроводности композита, которая обеспечивает учет реальной формы кристалла алмаза и контактной теплопроводности его граней. Полученная путем решения обратной задачи оценка контактной теплопроводности межфазной границы удовлетворительно согласуется с известными в литературе данными прямых физических исследований и аналогичными оценками для композитов на алюминиевой и медной связках. Результаты моделирования свидетельствуют о значительном влиянии контактного сопротивления на температурный режим работы алмазного инструмента.

We study an effect of the contact conductance of the diamond–metal bond interface on the thermal conductivity of diamond composites with two- and three-component metallic, nickel -based bonds. The correlations between the composition (in particular, carbideforming additives) and structure of the bonds and composites and their thermal conductivity have been established with aid of the authors’ setup and measurement technique. A theoretical model has been developed for the thermal conductivity of composite. The model takes an actual shape of the diamond crystal and contact conductivity at its facets into account. Estimated by solving the inverse problem, the interface conductivity value agrees well with the results of direct physical studies as well as similar estimates for the composites with aluminum and copper bonds. The simulation results show that contact resistance greatly affects the temperature regime of a diamond tool.