陶瓷基复合材料反应熔渗过程多场建模与仿真  

作　　者：师艳 刘晗[1] 赵彤彤 代吉祥[1] 沙建军[1] 

机构地区：[1]大连理工大学力学与航空航天学院,大连116024

出　　处：《航空学报》2025年第3期312-328,共17页Acta Aeronautica et Astronautica Sinica

基　　金：国家重点研发计划(2022YFB3707700);陕西省航天复合材料重点实验室开放基金(ZX20220525)。

摘　　要：陶瓷基复合材料结合了碳材料与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多孔碳预制体中,与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入孔隙中,从而实现高效致密化。但由于熔渗过程伴随着高温高活性、短时剧烈的热物理化学相互作用,使得实验观察、工艺参数调控充满挑战。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的误差在3%以内,同时在反应前期的熔渗深度预测值与实验值的误差在3%以内,整体预测精度远优于Washburn方程及其修正形式;讨论了孔隙结构模式对反应熔渗过程温度分布、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。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。

关 键 词：陶瓷基复合材料 反应熔渗工艺 孔隙结构 多物理场耦合 多孔碳预制体 

分 类 号：V25[一般工业技术—材料科学与工程]