АВТОМАТИЗАЦІЯ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИГОТОВЛЕННЯ ВВКМ НА ОСНОВІ КОНТРОЛЯ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2025.2.08Ключові слова:
автоматизація, технологічний процес, вуглець-вуглецевий композиційний матеріал, заготовка, діелектрична проникність, контроль, температураАнотація
У роботі розглянуто підходи до автоматизованого контролю технологічних параметрів під час виготовлення вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ) з використанням вимірювання діелектричних характеристик у режимі реального часу. Досліджено вплив температури, частоти електромагнітного поля, пористості, швидкості термообробки на зміну комплексної діелектричної проникності композиту.
Проаналізовано переваги та обмеження використання методу плоского конденсатора, що базується на вимірюванні ємності зразка, поміщеного між плоскими електродами. Зазначено, що для складних гетерогенних матеріалів, таких як ВВКМ, доцільним є застосування моделей ефективного середовища.
Використано аналітичні підходи, основані на моделях Максвелла-Вагнера та Максвелла-Гарнета, що дозволяють враховувати мультифазну структуру, неоднорідності, наявність дефектів і міжфазну поляризацію. Показано, що дійсна та уявна складові комплексної діелектричної проникності є чутливими до мікроструктурних змін, і можуть бути застосовані як інформативні параметри для оцінки ступеня графітизації, рівномірності просочення, фазових переходів та вмісту залишкових летких компонентів.
Наведено характерні частотні та температурні залежності дійсної та уявної частин комплексної діелектричної проникності для ВВКМ, змодельовані на основі моделі Максвелла-Вагнера. Представлено результати чисельного моделювання ефективної діелектричної проникності з урахуванням пористості згідно з моделлю Максвелла-Гарнета. Показано, що збільшення пористості від 0 до 2 % викликає майже лінійне зниження ефективної діелектричної проникності, що пов’язано зі зменшенням здатності матеріалу до поляризації внаслідок заміщення вуглецевої матриці повітряними включеннями.Обґрунтовано доцільність використання індукційного нагріву для реалізації стабільного температурного градієнта в процесі термообробки, а також застосування СВЧ- зондів для безконтактного локального контролю діелектричних параметрів. Показано, що інтеграція результатів діелектричної діагностики в цифрові системи керування дозволить в реальному часі адаптувати технологічні режими, забезпечуючи точність, стабільність та повторюваність характеристик кінцевого матеріалу. Отриманні результати можуть бути використані як в рамках контролю в реальному часі, так і для верифікації чисельних моделей, застосовуваних при проєктуванні технологічних режимів виготовлення ВВКМ та можуть бути корисними для застосувань у різних галузях промисловості.
Посилання
Liu L., Kong L. B., Yin W. Y., Chen Y. (2010). Microwave Dielectric Properties of Carbon Nanotube Composites. Carbon Nanotubes, IntechOpen, 3, 93–108.
Ovcharenko V., Tokarieva О. (2024). Organizational aspects of quality assurance in the production of carbon-carbon composite material blanks. XIV International scientific and practical conference «The latest technologies in scientific activity and the educational process», December 03–06, 2024 (pp. 398–400). Porto, Portugal. International Science Group.
Voyevodin V. N., Gribanov Yu. O., Gurin V. A., Gurin I. V., Gujda V. V. (2015). Carbon-graphite materials in nuclear-power engineering (review). Problems of Atomic Sci-ence and Technology, 2(96), 52–64.
Gurin I. V., Nevliudov I. Sh., Ovcharenko V. Ye., Tokarіeva O. V. (2024). Using of carbon-carbon composite materials for creation of thermal-resistive converter of thermal radiation. Problems of atomic science and technology, 1(149), 125–127.
Gurin I. V., Nevliudov I. Sh., Ovcharenko V. Ye., Tokarieva O. V. (2023). Zastosuvannia VVKM dlia vyhotovlennia vysokotemperaturnykh nahriuvachiv teplovykh vuzliv z avtomatychnym rehulivanniam temperatury. Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia, 3, 56–66.
Gurin I., Ovcharenko V., Tokarieva О., Moshnik O. (2023). The use of CCCM for the creation of the high temperature detectors of the water wapor. Problems of atomic science and technology, 2(144), 140–142.
Gurin I. V., Nevliudov I. Sh., Ovcharenko V. Ye., Tokarieva O. V. Doslidzhennia shchilnosti VVKM ta yii vplyv na elektrychnyi obiemnyi pytomyi opir. Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia, 3, 61–70.
Orloff N. D., Long C. J., Obrzut J., Maillaud L., Mirri F., Kole T. P., McMichael R. D., Pasquali M., Stranick S. J., Liddle J. A. (2015). Noncontact conductivity and dielectric measurement for high throughput roll-to-roll nanomanufacturing. Scientific Re-ports, 5, 17019.
Ezzat M., Sabiha N. A., Izzularab M. (2014). Accurate model for computing dielectric constant of dielectric nanocomposites. Applied Nanoscience, 4, 331–338.
Eto M., Ishii T., Inagaki T., Okamoto Y. (2002). Infrared radiation properties of the carbon–carbon composite and their application to nondestructive detection of its defects. Carbon, 39, 3, 285–294.
Chao H. W., Hsu H. C., Chen Y. R. Chang T. H. (2021). Characterizing the dielec-tric properties of carbon fiber at different processing stages. Scientific Reports, 11(1), 17475.
Ivakh R. M. (2015). Systematyzatsiia metodiv vymiriuvannia dielektrychnoi proniknosti. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy, 25, 2, 141–145.
Markel V. A., Schotland J. C. (2012). Homogenization of Maxwell’s equations in periodic composites: Boundary effects and dispersion relations. Physical Review E., 85, 6, No. 066603.
Mackay T. G., Lakhtakia A. (2015). Application of Bruggeman and Maxwell Gar-nett homogenization formalisms to random composite materials containing dimers. Waves in Random and Complex Media, 25, 3, 429–454.
Ovcharenko V. E., Tokareva E. V., Gurin I. V. (2018). Development of the heating element from carbon-carbon composite material and electrothermal thrustor temperature control system. Problems of atomic science and technology, 2(114), 133–137.
Gurin I. V., Nevliudov I. Sh., Ovcharenko V. Ye., Tokarieva O. V. (2024). Systema avtomatychnoho upravlinnia z neiromerezhevymy rehuliiatoramy dlia pidvyshchennia yakosti VVKM. Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia, 2, 104–116.
Ovcharenko V., Tokarieva О. (2024). Neural network adaptive control system for a vacuum diffusion furnace. XVI International scientific and practical conference «New ways of improving outdated methods and technologies», December 17–20. (pp. 317–319). Copenhagen, Denmark. International Science Group.
