氧化鋁基共晶陶瓷定向凝固過程中的數(shù)值模擬.pdf

1、氧化鋁基共晶陶瓷由于具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能而備受關(guān)注，被看作是超高溫高性能航空發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)件和動載件最有前景的候選材料。共晶陶瓷多種制備方法中，感應(yīng)區(qū)域熔煉法的特點(diǎn)是可以獲得較高的溫度梯度，樣品具有規(guī)則的外形等。為了獲得感應(yīng)區(qū)域熔煉制備共晶陶瓷的優(yōu)化工藝參數(shù)，縮短實(shí)驗(yàn)研究周期，本文采用有限元法計算模擬了Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷的區(qū)域熔煉定向凝固過程。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　討論了不同坩堝半徑對共晶生長過

2、程中的傳熱以及對流的影響。結(jié)果表明:隨著坩堝半徑的增大，該過程中的自然對流作用增強(qiáng)，固液界面凹陷度增加，結(jié)晶界面附近的熔體流動不穩(wěn)定性增加，這些均不利于晶體的穩(wěn)定生長。
　　模擬研究了共晶生長過程中的傳熱機(jī)制。結(jié)果表明:在共晶生長過程中雖然傳熱主要以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行，但自然對流的傳熱作用不可忽略。重力加速度越大，自然對流對傳熱的影響就越大。
　　模擬研究了自然對流的特征及對共晶生長過程中固液界面形貌的影響。結(jié)果表明:自然對流

3、呈逆時針環(huán)形流，整個凝固過程中流動強(qiáng)度先減小后增大。自然對流的存在加劇了共晶“U”型固液界面的凹陷度。
　　探討了加速坩堝旋轉(zhuǎn)技術(shù)(Accelerated Crucible Rotation Technique，ACRT)對區(qū)熔法生長氧化鋁共晶陶瓷定向凝固過程中傳熱和流動的影響。結(jié)果表明:ACRT強(qiáng)迫對流的特征為逆時針、順時針對流胞交替呈現(xiàn)，強(qiáng)度比自然對流大1-2個數(shù)量級。施加ACRT后，凝固過程中固液界面仍然呈凹形界面，但是凹陷