师艳,刘晗,赵彤彤,王柄筑,代吉祥,沙建军
摘要: 陶瓷基复合材料结合了碳/碳材料和陶瓷材料的性能优势,成为航空航天领域重要的热结构材料。反应熔体渗透法是制备陶瓷基复合材料的主要工艺,其过程是高温熔体通过毛细作用进入到碳/碳预制体中,与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入到孔隙中,从而实现高效致密化。但由于熔渗过程伴随着高温高活性和短时剧烈的热物理化学相互作用,这使得实验观察和工艺参数调控充满挑战。本文基于反应熔渗工艺特性,考虑不同孔道之间的窜通特性,区别单孔结构与双孔结构的预制体微结构特征,构建更接近真实预制体孔隙结构的反应熔渗多物理场模型,模型预测温度值与实验值误差在3%以内,同时熔渗深度预测值在反应前期与实验值误差在3%以内,整体预测精度远优于Washburn方程及其修正形式;最后讨论了孔隙结构模式对反应熔渗过程温度分布和反应速率分布的影响,发现双孔结构模式更有利于反应性熔体的渗入。本研究提供了一种多孔碳介质内反应性熔体渗透过程的多物理场耦合方法,为陶瓷基复合材料反应熔渗工艺优化提供了理论依据。
中图分类号: