Красная глина – донный осадок, образующийся в пелагических областях океанов на глубине более 4-5 км. Чаще всего имеет бурый, шоколадный или коричневый цвет, реже кирпично-красный. Красная глина состоит из мельчайших частиц различных минералов: цеолитов, гидроксидов железа и марганца, терригенных, вулканогенных, аутогенных, типов глинистых минералов, в частности, из преобразованного вулканогенного материала[1]. Обычно она содержит около 20 % глинозема, 13 % окислов железа, 7 % карбоната кальция, 3 % карбоната магния, 0,2 % меди, 0,02 % кобальта, 0,08 % никеля, 0,02 % свинца, 0,03 % молибдена и 0,04 % ванадия[1].
Из глины изготавливаем шары диаметром 20мм весом 15 г. рис.1. Выбор формы шар обусловлен существованием методики определения диэлектрической постоянной материала[2].
Рис.1.Глиненые шары.
Выбираем из них два шара близкие по своим параметрам. Один из шаров, перед сушкой, обкатываем в порошке графита, таким образом, чтобы слой графита равномерно покрыл шар рис.2.
Рис.2. Шар покрытый графитовой плёнкой.
Помещаем шары в сушильный шкаф или на мармит – сушим 72 ч.
Просушенные шары помещаем в муфельную печь и доводим температуру до 1000Обжиг проводим в течении 6 часов, после чего печь отключается, охлаждается до комнатной температуры вместе с образцами шаров. Получаем два образца керамики и композита с керамической матрицей соответственно.
Керамика – это изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг рис.3 б[1].
Рис.3.Обожжёные шары. а. Композит. б. Керамика.
Композит - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними называется композитом. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители) [3].
Поглощение электромагнитных волн шарами определялось в сравнении, керамического шара и композитного шара с керамической матрицей. Для этого в рабочую камеру микроволновой печи помещали одновременно керамический шар при исходной температуре 14ºC композитный с керамической матрицей при исходной температуре 14ºC. Время экспозиции 105с. Контролируя температуру шаров через 15с.Температуру замеряли с помощью электронного термометра типа ТМ90С. Данные заносили в таб.1.
Таблица 1.
Параметры шаров из керамики.
T1 |
20 |
30 |
33 |
35 |
40 |
43 |
44 |
T1исходное |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
T2 |
30 |
51 |
75 |
76 |
110 |
125 |
237 |
T2исходное |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
m1 |
14,9 |
14,9 |
14,9 |
14,9 |
14,9 |
14,9 |
14,9 |
m2 |
15,1 |
15,1 |
15,1 |
15,1 |
15,1 |
15,1 |
15,1 |
Q1 |
67.05 |
178.8 |
212.325 |
234.675 |
290.55 |
324.075 |
335.25 |
Q2 |
112,5 |
419.025 |
690.825 |
702.15 |
1087.2 |
1257.075 |
2525.475 |
Cv |
750 |
750 |
750 |
750 |
750 |
750 |
750 |
t |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
Т1 – температура керамического шара, ºC, Т2 – температура композитного шара, ºC, t – время в секундах, М1 – масса керамического шара в граммах, М2 – масса композитного шара в граммах, Cv – удельная теплоёмкость керамики в Дж/кг·град.
При сравнении образцов по тепловому показателю будем считать, что удельная теплоёмкость у первого и второго шара одинакова. В действительности они отличны. Оценку поглощения электромагнитной энергии шарами проводим по тепловому показателю. Количества тепла определяли по формуле:
Q = Cvm(T2-T1),
где Q – количество тепла приобретённое телом вследствие облучения его электромагнитными воли, Cv – удельная теплоёмкость материала, Т1 – начальная температура, Т2 – конечная температура. По экспериментальным данным строим графики отображающие динамику нагрева шаров рис.4.
Рис.4.Динамика разогрева шаров.1.Керамика.2.Композитный материал.
Вывод. Разработанный композитный материал на керамической матрице с графитовым наполнителем в 7,53 раза эффективней керамики поглощает электромагнитную энергию. Средняя скорость нарастания температуры 24,07 гр/с.
Литература.
1.htmlhttp://www.keramart.com/glina-vidy-gliny-c-110
2.Бранд А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М., Физматгиз, 1963, с.404
3. Дж. Любин. Термины и определения // Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн = Handbook of Composites. — М.: Машиностроение, 1988. — Т. 1. — 448 с.