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碳化硅基复合材料等温化学气相渗透致密化行为的数值研究

DOI：10.1007/s11595-018-1976-8 期刊：Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 我们研究了预制体在沉积过程中双尺度孔结构的特征以及反应气体在双尺度孔中的传质行为，并观察了与反应相关的物理化学现象。据此，分别建立了预制体和反应器两个尺度的数学模型。这些模型用于等温化学气相渗透（ICVI）致密化陶瓷基复合材料过程的数值模拟，系统研究了工艺条件和预制体结构对致密化行为的影响。最重要的发现是：若前70小时处理温度为950-1000℃，随后升至1100℃，可在保证材料质量的前提下将加工时间缩短约50%。
作者： GUAN Kang，WU Jianqing，CHENG Laifei
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研究概述 实验方案

研究目的

通过建立数学模型进行数值模拟，研究碳化硅基复合材料在等温化学气相渗透过程中的致密化行为，旨在优化工艺条件、缩短加工时间且不牺牲材料质量。

研究成果

数学模型有效描述了致密化行为，表明通过优化温度方案（前70小时为950-1000°C，随后升至1100°C）可在不降低密度的前提下将加工时间缩短40-50%。主要发现包括：低温低压条件下呈现一级反应特性，以及纤维半径和预制体厚度等结构参数对致密化均匀性具有显著影响。

研究不足

这些模型假设孔隙分布均匀，忽略化学反应产生的热量，并将气体视为理想气体。经验性沉积速率模型可能无法完全捕捉所有反应机制，且比表面积对沉积速率的影响可能导致结果不准确。该研究仅限于数值模拟，未进行物理实验。

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