C-C復(fù)合材料CVI過程模擬仿真.pdf

1、C/C復(fù)合材料已經(jīng)成為21世紀(jì)最重要的材料之一,目前在航空領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。C/C復(fù)合材料的制備工藝主要是化學(xué)氣相沉積(CVI)工藝。CVI工藝涉及到的物理化學(xué)過程非常復(fù)雜,這使得在實(shí)際生產(chǎn)中很難控制CVI工藝過程。壓力、溫度、滯留時(shí)間、尺寸等工藝參數(shù)都對(duì)CVI過程有著非常重要的影響,直接關(guān)系到C/C復(fù)合材料的物理性能和力學(xué)性能。由于CVI過程沉積時(shí)間很長(zhǎng)(高達(dá)數(shù)百小時(shí)),且最終得到的C/C復(fù)合材料性能不一,如此使得CVI的成本大幅

2、增加,產(chǎn)品質(zhì)量也難以得到保證。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬近幾十年來在各門學(xué)科中得到了廣泛的應(yīng)用。使用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬來仿真C/C復(fù)合材料的CVI過程可以為CVI工藝提供深層次的機(jī)理分析,進(jìn)而優(yōu)化工藝參數(shù)。
　　本文對(duì)C/C復(fù)合材料CVI工藝過程進(jìn)行了分析研究,將CVI過程分解為氣體流動(dòng)、氣相反應(yīng)、表面反應(yīng)、傳熱等過程,并分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,使用有限差分方法在三維空間中的網(wǎng)格中進(jìn)行離散,再通過相應(yīng)的數(shù)值算法求解,得到離散網(wǎng)格中的數(shù)值離散解,然后使用

3、相應(yīng)的插值算法就可以得到整個(gè)預(yù)制體內(nèi)部的連續(xù)解(包括各氣體組分濃度、密度、孔隙率等物理場(chǎng)分布)。
　　本文使用等溫CVI(ICVI)實(shí)際生產(chǎn)工藝中的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算,得到沉積過程中四個(gè)周期時(shí)刻預(yù)制體內(nèi)部各氣體組分的濃度、密度及孔隙率分布。模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CT掃描曲線吻合良好,驗(yàn)證所建模型的可靠性。同時(shí)本文還對(duì)熱梯度CVI(TCVI)工藝過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到預(yù)制體內(nèi)部四個(gè)周期時(shí)刻預(yù)制體內(nèi)部溫度、各氣體組分的濃度、密度分