Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
К ячеистым материалам, используемым для теплоизоляции, относят пенополистирол и пенополиуретан. Эти материалы имеют замкнутые поры, в которых в результате вспенивания материала остаются легко-конденсируемые газы - изопентал, диоксид углерода, аммиак. При-низких температурах происходит конденсация газов, заполняющих поры с образованием вакуума, что улучшает изоляционные свойства пенопласта. 7
Основные характеристики некоторых изоляционных материалов, работающих при атмосферном давлении, приведены в табл. 13.
Кроме описанных видов тепловой изоляции, при температурах
359
Таблица 13. Основные характеристики изоляционных материалов
Материал ГОСТ или ТУ Объемная плотность, кг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К), при
190 293
Аэрогель кремниевой кислоты ТУ 38-10218-74 40-60*1; 130*2 0,019-0,02 0,025
Вата:
минеральная J-OCT4640—84 100*3 0,030 0,044
марки 100
из супертонкого стекловолокна ТУ 21-РСФСР-224— 75 <20 0,023 0,044
Вспученный перлитовый песок:
пудра 150 ГОСТ 10832-83 150 0,035 0,058
порошок 75 ГОСТ 10832-83 75 0,030 0,047
Пенополиуретан ППУ-Зс ТУ 6-05-221-353-75 50-70 0,030 0,047-0,057
Пенопласт поли-
стирольный пли-
точный:
ПС-4-40 ТУ 6-05-1178-75 40 0,026 0,040
ПС-1-150 ТУ 6-05-1178-75 150 — 0,050
** При ручной утряске. *s При уплотнении под вакуумом. *3 Под нагрузкой 2 • IO3 Па.
< 60 К широко применяют вакуумную изоляцию. При использовании вакуума перенос теплоты вследствие теплопроводности и конвекции газа практически исключается. Существуют три вида теплоизоляции, основанной на применении вакуума: высоковакуумная, вакуумнопорошковая и вакуумно-многослойная.
Высоковакуумная изоляция применяется обычно для небольших сосудов Дьюара, криостатов и др. При этом в полости между двумя поверхностями с разными температурами создается вакуум ~ 10'4 Па. Благодаря этому почти полностью исключается перенос тепла за счет теплопроводности твердых тел (по тепловым мостам), за счет теплопроводности и конвекции газа.
Вьісокой эффективностью отличается вакуумно-порошковая изоляция. При атмосферном давлении в порошковых материалах 90 % теплоты переносится заполняющим их газом. При использовании порошков (аэрогеля, перлита и др.), а также волоконных материалов (стекловаты, минеральной ваты и др.) в вакууме обеспечивается стабильная и весьма эффективная теплоизоляция. Часто для уменьшения теплопере-носа излучением к перечисленным порошкам добавляют металлические
360
Рис. 167. Сосуд Дьюара:
I, 5 — наружная и внутренняя колбы соответственно; 2 — горловина; 3 — теплоизоляция; 4 — ручка для переноса; 6 — ножки
порошки, обеспечивающие многократное экранирование. Наилучшие результаты получены при использовании металлических чешуйчатых пудр с чешуйками диаметром 5 мкм и толщиной < 0,5 мкм [279].
Вакуумно-многослойная теплоизоляция состоит из большого числа слоев с малой излучательной способностью, которые служат экранами, отражающими тепловое излучение.
Экраны разделены теплоизоляционными прокладками, изоляция находится в вакуумной полости. Основными элементами такой изоляции чаще всего являются алюминиевая фольга и стеклоткань.
Создание и длительное поддержание высокого вакуума в изоляционной полости криогенных систем обеспечиваются с помощью адсорбентов, поглощающих газы, натекающие через неплотности и выделяющиеся из материала теплоизоляции. Наибольшее применение нашли активированный уголь СКТ-4 и цеолит СаЕН-4В. Поглотительная способность адсорбентов резко увеличивается с понижением температуры, поэтому их засыпают ближе к внутренней (холодной) поверхности изоляционного пространства.
Для хранения и транспортировки малых количеств жидкого азота и кислорода широко используют сосуды Дьюара вместимостью от 0,005 до 0,2 м3 (рис. 167). Сосуд состоит из концентрично расположенных внутреннего и наружного сосудов из полированной меди или алюминиевых сплавов с порошково-вакуумной изоляцией. Фиксация сосудов осуществляется фетровыми проставками. Для сохранения вакуума в пространстве между внутренним и внешним сосудами в него также засыпан адсорбент (обычно активированный уголь СКТ-4). Горловина внутреннего сосуда представляет собой тонкостенную трубку, выполненную из металла с малой теплопроводностью.
Для хранения и транспортировки больших количеств жидкого азота и кислорода применяют резервуары более сложной конструкции (рис. 168). Внутренний тонкостенный сосуд из нержавеющей стали
361
Рис. 168. Схеш резервуара для перевозки жидкого азота емкостью 1,2 мэ [314]:
1,6 — вертикальные и горизонтальные цепи; 2 — подвеска; 3 ¦ - днище; 4 — сосуд; 5 — кожух; 7 — сварная ферма; 8 — аэрогель или кремне-гель; 9 — мипора
Гяе. 1®. Схема аппарата СТГ-40 для перевозки жидких гелия и водорода
подвешен на цепях внутри кожуха.
Пространство между ними заполнено изоляционным материалом. Газы подают в сосуд и выпускают из него через специальный вентиль. Давление, необходимое для переливания жидкого газа, создается испарением небольшой части жидкости в испарительном змеевике, имеющем температуру окружающей среды. Пар, образующийся в змеевике, поступает в верхнюю часть сосуда и вытесняет жидкость.