C/C复合材料热梯度CVI工艺的数值模拟研究

TCVI(热梯度 CVI)工艺是一种很有潜力的 C/C复合材料制备工艺 ,它可以在较短的时间内制备出密度均匀性较高的 C/C复合材料制件。本文根据传热、传质理论及 C/C复合材料预制体的结构特点建立了 TCVI过程的动力学模型和几何模型 ,在该模型的基础上利用数值模拟技术对该工艺进行了模拟和分析。模拟结果为 TCVI工艺的开发和应用提供了理论依据。

热梯度CVI C/C材料的结构与性能

以炭纤维整体毡为预制体 ,采用热梯度CVI工艺制备了两种不同结构基体炭的C/C材料 ,即RL结构和SL结构材料。采用光学金相仪 ,X射线衍射仪 ,硬度计 ,激光导热仪等设备研究了沉积态和热处理态C/C材料的显微结构及热物理性能。对比研究了两种结构材料的力学性能及摩擦摩损性能。结果表明 :当密度超过一定值后 ,密度对C/C材料的力学性能和摩擦性能的影响远不如CVD炭结构的影响大 ;不管是沉积态还是热处理态 ,RL结构材料的刹车性能曲线明显优于SL结构材料的刹车性能曲线 ,这意味着CVD炭的微观结构不同是造成C/C材料摩擦性能差异的根本原因。

热梯度CVI制备炭/炭复合材料及其研究进展

按预制件内部的温度分布不同,可以认为,均热法及热梯度法是化学气相沉积制备炭/炭复合材料的两种基本工艺。对于圆筒或圆盘形工件,热梯度CVI具有增密快,炭的有效利用率高,可实现工业规模化生产的优点,是一种很有前景的CVI工艺。本文介绍了热梯度CVI制备炭/炭复合材料的工艺原理、工艺特点及其最新研究进展。

基于数值模拟的热梯度CVI制备C/C复合材料致密化行为

根据热梯度化学气相渗透(CVI)工艺制备C/C复合材料的特点,建立了均相与非均相反应的多场耦合数学模型。以2D炭毡为预制体,天然气为前驱体,炉压为100 kPa的工艺条件下,通过计算获得了预制体致密化过程中密度的演变规律;分析了沉积温度及气体流量对致密化的影响,获得了合理的沉积温度和气体流量范围。致密化100 h后,预制体整体密度的计算值与实验值基本一致,径向密度分布的模拟值与实验值呈相同的变化规律,验证了模型的可靠性和模拟的预测能力。

热梯度化学气相沉积工艺制备炭/炭复合材料

阐明了热梯度化学气相沉积工艺(CVI)的优越性和用于制备炭/炭复合材料的热梯度化学气相沉积工艺原理;壁冷式热梯度CVI工艺克服了等温化学气相沉积易形成闭孔的缺陷,实现了快速均匀致密化;热梯度CVI工艺设备简单且安全系数高,所制备的炭/炭复合材料密度均匀性好,通过控制工艺参数,利用热梯度CVI工艺可以制备不同微观组织结构的热解炭。

热梯度CVl制备C/C复合材料工艺技术研究进展

介绍了热梯度CVI制备C/C复合材料的工艺原理、工艺特点及其研究进展。

载气对C/C复合材料CVI热解炭显微结构的影响

在1000℃,0 5kPa丙烯分压条件下,以N2、H2为载气和无载气情况下于热梯度CVI炉中制备了C/C复合材料,研究了载气特别是氢气对材料基体热解炭显微结构的影响。通过偏光显微镜测定材料不同区域CVI热解炭的消光角,分析热解炭显微结构在试样中的分布规律。结果表明:N2在CVI过程中充当惰性角色,不影响热解炭的显微结构;H2可以调节热解炭沉积时的微环境气氛,更有利于得到粗糙层结构热解炭。试样增密延长炭源气滞留时间,引起带状结构热解炭中显微结构的突变。借助氢气作为载气,可以实现对C/C复合材料中热解炭显微结构的更优控制。