放電等離子燒結(jié)合成TiC復(fù)合材料過程的數(shù)值模擬.pdf

1、放電等離子燒結(jié)技術(shù)（Spark Plasma Sintering，簡稱SPS）融等離子活化、電阻加熱、熱壓為一體，具有升溫速度快、晶粒均勻、獲得的材料性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于新材料的研發(fā)與制備。由于燒結(jié)過程中試樣的溫度很難精確地測出來，因此，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究燒結(jié)過程中的變化規(guī)律，對了解燒結(jié)過程中溫度場、電場、電流、轉(zhuǎn)化率的分布以及燒結(jié)參數(shù)的影響、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案有著重要的意義。
　　本文以SPS合成TiC復(fù)合材料為研究對象，根據(jù)

2、傅立葉導(dǎo)熱定律和能量守恒定律，結(jié)合燒結(jié)過程的焦耳（Joule）熱、化學(xué)反應(yīng)熱和試樣的傳熱過程，建立數(shù)理模型，提出了模型中各項(xiàng)的計(jì)算方法及邊界條件和初始條件。采用有限差分法離散導(dǎo)熱微分方程，通過C++語言編程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬了SPS合成TiC復(fù)合材料過程中溫度場、電場的分布情況和轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律。
　　模擬結(jié)果表明：當(dāng)電壓太低時(shí)，不能激發(fā)試樣發(fā)生反應(yīng)；當(dāng)電壓過高時(shí)，模型變得不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)操作存在安全隱患。對于原子比Ti：C=1:1，

3、r=1cm的試樣，Sσdie=0.5時(shí)，燒結(jié)電壓存在著一個(gè)范圍12.5V~16V，只要介于臨界電壓之間，都能夠合成TiC復(fù)合材料。而且在這個(gè)范圍內(nèi)電壓越大，化學(xué)反應(yīng)時(shí)間越短，TiC合成轉(zhuǎn)化的速率越快。電導(dǎo)率越大，系統(tǒng)的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，通過試樣和模具的電流越大，且電流梯度也越大，SPS過程中溫度場的溫度也越高，反應(yīng)時(shí)間越短，TiC合成的速率越快。試樣的尺寸半徑越大，通過試樣和模具的電流越小，溫度梯度越大，合成反應(yīng)的速度越慢，TiC轉(zhuǎn)化率的變