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碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟

张丹 黄清波 李爱军 白瑞成 孙晋良

张丹, 黄清波, 李爱军, 等. 碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟[J]. 复合材料学报, 2014, 31(4): 859-865.
引用本文: 张丹, 黄清波, 李爱军, 等. 碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟[J]. 复合材料学报, 2014, 31(4): 859-865.
ZHANG Dan, HUANG Qingbo, LI Aijun, et al. Monte Carlo simulations of texture interface formation within pyrocarbon matrix of carbon/carbon composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2014, 31(4): 859-865.
Citation: ZHANG Dan, HUANG Qingbo, LI Aijun, et al. Monte Carlo simulations of texture interface formation within pyrocarbon matrix of carbon/carbon composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2014, 31(4): 859-865.

碳/碳复合材料热解碳基体的织构界面形成机制Monte Carlo模拟

基金项目: 国家自然科学基金青年项目(11202124);教育部博士点基金(20113108120019);航空科学基金(2013ZF6001)
详细信息
    通讯作者:

    李爱军,博士,教授,博士生导师,研究方向为复合材料建模及数值模拟。E-mail:Aijun.li@shu.edu.cn

  • 中图分类号: TB332

Monte Carlo simulations of texture interface formation within pyrocarbon matrix of carbon/carbon composites

  • 摘要: 基于热解碳沉积的Particle-Filler(P-F)概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论,提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制,实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模,并采用Gibbs系综Monte Carlo (MC)方法对化学气相渗透(CVI)工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟。研究表明:由于气相中小的芳香烃组分C6的吸附比线性小分子烃组分C2的吸附更容易受到抑制,因而限制了沉积表面的P-F双分子反应;随C6与C2浓度比值R的变化,热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布,导致了2种不同的亚稳相碳即中织构(MT)和高织构(HT)热解碳的生成,并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面。进一步的计算表明:热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域,其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C2的初始浓度及沉积温度T的影响;为了得到均一织构的热解碳,应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-18
  • 刊出日期:  2014-08-15

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