C-C復合材料CVI過程模擬仿真.pdf

1、C/C復合材料已經成為21世紀最重要的材料之一,目前在航空領域得到了廣泛的應用。C/C復合材料的制備工藝主要是化學氣相沉積(CVI)工藝。CVI工藝涉及到的物理化學過程非常復雜,這使得在實際生產中很難控制CVI工藝過程。壓力、溫度、滯留時間、尺寸等工藝參數(shù)都對CVI過程有著非常重要的影響,直接關系到C/C復合材料的物理性能和力學性能。由于CVI過程沉積時間很長(高達數(shù)百小時),且最終得到的C/C復合材料性能不一,如此使得CVI的成本大幅

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

3、相應的插值算法就可以得到整個預制體內部的連續(xù)解(包括各氣體組分濃度、密度、孔隙率等物理場分布)。
　　本文使用等溫CVI(ICVI)實際生產工藝中的工藝參數(shù)進行模擬計算,得到沉積過程中四個周期時刻預制體內部各氣體組分的濃度、密度及孔隙率分布。模擬的結果與實驗數(shù)據和CT掃描曲線吻合良好,驗證所建模型的可靠性。同時本文還對熱梯度CVI(TCVI)工藝過程進行了數(shù)值模擬,得到預制體內部四個周期時刻預制體內部溫度、各氣體組分的濃度、密度分