前驱体浸渍裂解过程中SiC/SiC复合材料微观工艺应力模拟研究

前驱体浸渍裂解工艺(PIP)是SiC/SiC复合材料的一种近净成形制备方法,但前驱体裂解过程中产生的应力阻碍了该工艺的产业化应用。本文构建了一种化学-力学耦合模型来研究前驱体裂解过程中应力的产生和演化机理。首先以反应动力学模型描述了前驱体的裂解过程;其次基于三相球模型建立了一个解析模型计算基体的均匀化力学性质;最后结合上述模型构建了有限元模型,在微观尺度模拟计算了代表性体积单胞(RVC)内的工艺应力演变。结果表明:基体在贫基体的界面处承受显著的环向拉伸应力;对于由纯前驱体组成的基体,基体内的工艺应力主要是由裂解过程引起的化学收缩导致的,受温度引起的热膨胀影响较小;随着PIP循环次数的增加,化学收缩和热膨胀的角色发生互换。

石墨烯增效环氧导热涂层的制备及应用

为提高冷冻设备中蒸发器的散热效率,以水可分散功能化石墨烯作为填料,通过相转移方法将其分散到环氧树脂基体中,在不锈钢基材上成功制备出石墨烯/环氧导热涂层。并对其导热性以及耐腐蚀性能进行研究。结果表明:不同石墨烯含量的涂层导热性能有显著差异,当石墨烯添加量为9%时,导热率高达5.82 W/(m·K),可实现快速散热,且具有优异的耐水性、耐酸性,在适量的石墨烯添加量时,可获得防腐性能优异的导热涂层。相比无涂层试样,添加9%石墨烯的导热涂层在室温下传热过程的最大温差可达5℃,-80℃条件下的最大温差可达16℃,这一涂层在速冻领域有潜在应用价值。

ICVI工艺参数对碳/碳复合材料快速均匀致密化的影响

为了研究碳/碳(C/C)复合材料的快速均匀致密化工艺,参考工业天然气的成分,以92%甲烷(CH4)、5%乙烷(C2H6)、3%丙烷(C3H6)组成的混合气作为前驱体,在沉积温度为1075℃时,采用等温化学气相渗透(ICVI)工艺,在不同系统压力和滞留时间下对16和26 mm两种厚度的碳纤维针刺预制体进行120 h致密化,制备C/C复合材料。对制备出的C/C复合材料进行轴向和径向切割取样,利用多功能密度测试仪研究压力和滞留时间对C/C复合材料致密化速度和均匀性的影响。结果表明:沉积温度为1075℃,滞留时间为1.0 s时,20 kPa下,经过120 h致密化后,16和26 mm厚度的C/C复合材料平均密度分别为1.45和1.43 g/cm3,较10 kPa压力下的平均密度(1.06和0.91 g/cm3)有明显提高,且厚度对C/C复合材料密度均匀性的影响减小。沉积温度为1075℃,压力为20 kPa时,将滞留时间降低到0.1 s,经过120 h致密化后,16和26 mm厚度的C/C复合材料平均密度均达到1.7 g/cm3以上,厚度对前驱气体在预制体内渗透效果的限制作用非常小;并且,在此实验条件下制备出沿气流方向密度均匀性比较理想的C/C复合材料。基于热解碳沉积反应机理,利用COMSOL软件对不同ICVI条件下C/C复合材料进行了致密化过程的数值模拟分析,模拟结果与实验中获得的C/C复合材料的致密化效果具有较高的一致性。

模块化设计方法在履带式液压起重机设计中的应用

随着经济的发展,人们的需求越来越趋于多样化和个性化。为了适应这一发展趋势,更快、更好地满足市场需求,作为标准化设计的高级发展形式——模块化设计受到了更多人的关注。因此,主要介绍模块化设计方法,并在此基础上对履带起重机的结构进行模块化分析,总结出一种基于运输单元的履带式液压起重机模块化划分方法。该划分方法在实践中的应用给企业带来了可观的经济效益。

基于SiC CVD工艺的MTS-H_(2)前驱体热解动力学研究

为了研究三氯甲基硅烷-氢气(MTS-H_(2))前驱体在碳化硅(SiC)化学气相沉积工艺(CVD)过程中的热解动力学,利用DETCHEM软件,在不同沉积温度、α值和系统压力下对其在零维和一维反应器中的的气相组分进行了数值模拟。结果表明:在零维反应器中,各温度下的主要气相组分为HCl、CH_(4)、C_(2)H_(6)、SiCl_(4)、CH_(4)SiCl_(2)、SiHCl_(3)、SiH_(2)Cl_(2)和SiH_(3)Cl,温度越高气相组分可达到气相平衡的时间越短。900℃气相组分浓度达到平衡的时间约为5 s,1000℃下的气相组分浓度达到平衡的时间约为2 s,1100℃下的气相组分浓度达到平衡的时间小于1 s。随着温度增加,气相反应加剧,生成了更多的Si-Cl气相组分。气相组分浓度受α值变化的影响较小,达到气相平衡的时间基本一致。体系压力对气相组分有显著影响,增大压力有助于提高各组分的平衡浓度,但达到气相平衡前的气相组分随滞留时间变化的波动性更明显,说明增大压力使反应体系中出现了更多的中间相组分。在一维反应器中,温度对气相组分浓度有很大的影响,随着温度提高,MTS的裂解率不断增加,气相中主要气相产物为HCl,SiCl_(2),SiCl_(4)和CH_(4),且气相组分的浓度随着温度的升高而增加。α值对气相组分的沿程分布种类和浓度影响不大,但在一定程度上促进了含Si组分的生成。压力对沿程气相组分有显著作用,随着压力的增加,气相反应加剧,体系倾向于向体积增大的方向进行,气相组分的种类和浓度增加,且以Si-Cl化合物为主。

SiC纤维预制体结构对SiC_(f)/BN/SiC复合材料致密化和力学性能的影响

为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响,利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律,并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl_(3)-NH_(3)-H_(2)-N_(2))混合气体和三氯甲基硅烷-氢气-氮气(MTS-H_(2)-N_(2))混合气体作为前驱体,利用CVI致密化工艺制备出三种预制体结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料。结果表明,SiC纤维预制体结构不同,SiC_(f)/BN/SiC复合材料的致密化效率不同,其中2.5D纤维预制体的致密化速率最快,3D正交预制体的致密化速率最慢。致密化120 h后,三种预制体结构的复合材料密度均达到2.3 g/cm~3以上,开孔率为10%左右。三种结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料拉伸强度为130~170 MPa。在层间剪切过程中,2D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料与2.5D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品都出现了XY面的纤维剥离现象,而3D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品发生了正交Z向纤维的断裂。由此可知,SiC纤维预制体结构影响了所形成复合材料的致密化过程和力学性能。

多晶硅炉热场用C/C复合材料的硅化腐蚀失效机理

以2D叠层炭布为增强体的炭/炭(C/C)复合材料作为多晶硅炉用热场盖板,对其在硅液/硅蒸汽共同作用下的硅化腐蚀失效机理进行了研究。通过多功能密度测试仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了硅化作用对C/C复合材料致密度、微观结构及物相组成的影响,并对侵蚀后的C/C复合材料失效机理进行了分析。结果表明:硅化侵蚀后的C/C复合材料致密度高,存在大量的Si元素,生成了大量的β-SiC,且微观缺陷较多,层间开裂严重,呈现脆性断裂模式。理论分析发现,高温下单位摩尔质量的热解炭和单位摩尔质量的硅发生反应生成单位摩尔质量的SiC后,总体积膨胀约为单位摩尔热解炭体积的6.3倍,不同物相间的热失配导致热应力集中,引起C/C复合材料变形开裂失效,裂纹产生的扩散通道加剧了硅液/硅蒸汽对C/C复合材料的硅化侵蚀作用。