比表面积与入口气体分压对热解炭微观结构影响的数值模拟研究

无机材料学报, 2016, 31(12): 1327-1334. doi: 10.15541/jim20150528

比表面积与入口气体分压对热解炭微观结构影响的数值模拟研究

许健 ^1, , 汤哲鹏 ^2, , 彭雨晴 ^3, , 顾传青 ^4, , Koyo Norinaga ^5, , 李爱军 ^6,

1.上海大学理学院,数学系,上海200444

2.上海大学材料复合及先进分散技术教育部工程中心,上海,200444

3.上海大学材料复合及先进分散技术教育部工程中心,上海,200444

4.上海大学理学院,数学系,上海200444

5.九州大学材料化学与工程学院,日本福冈816-8580

6.上海大学材料复合及先进分散技术教育部工程中心,上海,200444

基金项目: 航空基金(2013ZFS6001) 上海市教委重点创新项目(13ZZ068) 上海市科委项目(13521101202)National Natural Science Foundation of China(11371243) Innovation Major Project of Shanghai Municipal Education Commission(13ZZ068) 教育部博士点基金(20113108120019) Key Disciplines of Shanghai Municipality(S30104) Doctoral Fund of Ministry of Education(20113108120019) 上海市科委重点项目(S30104) 国家自然科学基金(11371243) SSTC(13521101202) ARF(2013ZFS6001)

关键词： Monte Carlo模拟 , 炭/炭复合材料 , 热解炭 , 蜂窝结构 , 比表面积 , 入口气体分压

Numerical Simulation for Influence of Surface Area/Volume Ratio and Inlet Gas Pressure on Pyrolytic Carbon Texture

Keywords： Monte Carlo simulation , carbon/carbon composites , pyrolytic carbon , honeycomb structure , surface area/volume , inlet gas pressure

本研究在炭/炭复合材料热解炭基体织构形成与转化的模型基础上,基于石墨微晶片层的表面结构特点,建立了蜂窝结构的热解炭沉积表面几何模型,并运用Monte Carlo方法模拟了在等温等压化学气相渗透(CVI)过程中热解炭基体沉积的动力学过程,研究了预制体比表面积(As/VR)和入口气体分压对热解炭微观结构的影响.通过数值模拟并结合已公开发表的实验结果发现,在CVI工艺过程中一定的压力条件下,通过控制As/VR可以获得不同织构的热解炭,预制体的As/VR存在两个临界值,靠近反应器入口处的临界值为1.45 m-1和8.9 mm-1,靠近反应器出口处的临界值为0.3mm-1,当As/VR处于这两个临界值之间时,系统主要沉积高织构热解炭;在同一As/VR且压强小于30 kPa的条件下,通过控制反应气体压强的值也可以得到不同织构的热解炭,并且压强也存在一个临界值,当压强大于这个临界值时,系统主要沉积高织构热解炭.

参考文献

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