Введение

Во многих областях промышленности приходится сталкиваться с очень высокими температурами. В некоторых производственных процессах они достигают 3000 °С. Но очень малое количество металлов и сплавов обладают необходимыми свойствами, которые позволяют выдерживать экстремально высокие температуры.

Материалы тепловых экранов

Для защиты конструкций, механизмов и других частей оборудования от высоких температур широкое применение получили тепловые экраны. Основными материалами, из которых изготавливаются экраны, являются молибден и вольфрам. Данные металлы обладают набором свойств, которые позволяют им выдерживать высокие температуры. Вольфрам - самый тугоплавкий металл (t_пл = 3380 °С), он обладает хорошей жаропрочностью и механической прочностью. Эти свойства имеют ключевое значение при выборе материала для изготовления тепловых экранов. Молибден также относится к тугоплавким металлам. Его температура плавления составляет 2610 °С. Металл молибден обладает хорошей жаропрочность, жаростойкостью и механической прочностью. Тепловые экраны из молибдена применяют обычно при температурах ниже 1350-1450 °С, т.к. при таких условиях молибден имеет более высокую удельную прочность, чем вольфрам. Вольфрамовые тепловые экраны используют при более высоких температурах. Также стоит отметить, что плотность молибдена существенно меньше плотности вольфрама, поэтому молибденовый тепловой экран предпочтительнее в тех случаях, когда меньшая масса играет значительную роль.

Производство тепловых экранов

Исходным материалом для производства тепловых экранов служат молибденовый лист или вольфрамовый лист, а также порошок или стружка данных металлов. Наиболее часто встречающуюся конструкцию теплового экрана можно описать следующим образом: две вложенные друг в друга обечайки цилиндрической формы, между которыми находится спеченный порошок или стружка.

Обечайка - открытый с торцов цилиндрический или конический барабан (без днищ). Молибденовый или вольфрамовый лист сворачивают в цилиндр, закрепляя концы листа с помощью клепки, получая цилиндрическую обечайку. Для изготовления теплового экрана необходимо сделать две обечайки разного диаметра. Затем обечайку меньшего диаметра вкладывают в обечайку большего диаметра, а пространство между двумя листами (обечайками) заполняют порошком/стружкой молибдена и/или вольфрама. После сборки конструкцию подвергают спеканию в высокотемпературной печи.

Рисунок 1 Конструкция теплового экрана из вольфрама/молибдена

Для производства тепловых экранов применяются молибденовые листы марок МЧВП, ЦМ2А и другие; вольфрамовые листы - ВА, В-МП и другие; молибденовый порошок - МПЧ; вольфрамовый порошок - ВП.

Применение тепловых экранов

Тепловые экраны из молибдена и вольфрама применяются для защиты от высоких температур. Такие температуры, обычно, возникают в высокотемпературных печах, работающих в атмосфере водорода или вакууме (как правило, это электрические печи с молибденовыми или вольфрамовыми нагревателями), соплах ракет, электровакуумных приборах, обшивке ракет и самолетов. Не всегда тепловой экран имеет конструкцию, описанную в предыдущем пункте. В некоторых случаях конструкционный материал также является и тепловым экраном (например, когда обшивка ракеты изготовлена из тугоплавкого сплава).