流態(tài)化合成氮化硅的鼓泡床熱模試驗(yàn)與CFD模擬研究.pdf

1、氮化硅材料作為一種高溫結(jié)構(gòu)材料,近年來得到越來越多的重視,特別是新技術(shù)領(lǐng)域提供的高溫、高速、強(qiáng)腐蝕等工作條件,給了氮化硅材料用武之地,促進(jìn)了這種新材料的發(fā)展.目前,硅粉直接氮化法是制備氮化硅應(yīng)用最普遍的方法.在硅粉直接氮化過程中,硅粉完全轉(zhuǎn)化的時間由硅粉的細(xì)度、純度以及所用的反應(yīng)器的不同而不同.傳統(tǒng)的直接氮化法是成批生產(chǎn)的方式,即間歇式的生產(chǎn)方式.該方法由于硅粉處于堆結(jié)狀態(tài),硅粉內(nèi)部會產(chǎn)生局部高溫,α相的含量會降低,造成氮化硅粉體產(chǎn)品質(zhì)

2、量的下降;同時,該工藝的氮化時間長、生產(chǎn)效率底、能耗高,加之采用間歇式生產(chǎn)方式,使得每批次產(chǎn)品質(zhì)量波動較大,性能不夠穩(wěn)定,所以該種制備方法生產(chǎn)出的氮化硅不能滿足當(dāng)前對它的大量需求.流化床反應(yīng)器由于具有許多優(yōu)點(diǎn),且能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn),使之成為一種很有前途的直接氮化法生產(chǎn)氮化硅粉體的反應(yīng)器.論文自行設(shè)計了高溫流化床反應(yīng)裝置、預(yù)熱系統(tǒng)、喂料裝置、取樣器,并建立起相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)流程;同時對智能渦輪流量計進(jìn)行了檢驗(yàn),對預(yù)熱器、高溫流化床反應(yīng)裝置的升溫和

3、控溫性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.研究表明智能渦輪流量計流量測定可靠,預(yù)熱器和高溫反應(yīng)裝置升溫、控溫性能良好,完全能滿足硅粉直接氮化的實(shí)驗(yàn)要求,同時喂料裝置能滿足硅粉氮化對加料的苛刻要求,取樣器同樣可以滿足取料要求.論文對高溫流化床反應(yīng)裝置在冷態(tài)和熱態(tài)下的流化性能以及硅粉轉(zhuǎn)化做了研究,得出了此裝置在冷態(tài)和熱態(tài)下達(dá)到良好流態(tài)化所需要的條件,并得出了高溫流態(tài)化條件下硅粉轉(zhuǎn)化的典型曲線.以CFX-4.4為工具,對實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)高溫反應(yīng)區(qū)進(jìn)行了模擬,并與實(shí)驗(yàn)