材料工程/2006年增刊 炭/炭复合材料热梯度CVI工艺中温度 场的数值模拟 Numerical Simulation of Temperature Field in Thermal Gradient CVI Process for Carbon/Carbon Composites 赵建国2,李克智,李贺军,翟言强,王闯 (1西北工业大学材料学院,西安710072;2山西大同大学,山西大同037009) ZHAO Jian-guo, 2, LI Ke-zhi', LI He- jun' ZHAI Yan-qiang, WANG Chuang(1 School of Materials Science, Northwestern Polytechnical University, Xi 710072, China; 2 Shanxi Datong University, Datong 037009, Shanxi, China) 摘要:阐明了用于制备炭/炭复合材料的热梯度化学气相沉积工艺过程和原理测定了沉积过程中预成型体内不同位置 的温度。建立了炭/炭复合材料热梯度cⅥI的2D轴对称几何模型,以及热梯度CⅥ工艺中的导热微分方程,对热梯度 CVI工艺中的梯度温度场进行了模拟分析,并将模拟结果与实际测试结果进行了对比。 关词:炭/炭复合材料;热梯度化学气相沉积;温度场数值模拟 中图分类号:TB332文獻标识码:A文章编号:1001-4381(2006) Suppl-0326-03 bstract: It was illuminated the principle and advantage of thermal gradient chemical vapor infiltration (CvI)technology for preparation of carbon/carbon composites. the temperature gradient in preforms was measured and the plot of temperature gradient via position was presented and discussed. The sim- plifying 2D axial symmetric geometry model and the energy transport balance equations including heat conduction, convection and radiation were built, respectively. The simulation by the finite element method aimed to describe the temperature field of the thermal gradient Cvi processes for carbon/car bon composites had been performed. The simulated temperature fields were compared with the exp mental measure values Key words: carbon/ carbon composites; thermal gradient chemical vapor infiltration; temperature field numerical simulation 炭/炭复合材料综合了炭材料的高温性能和复合实验,对节省人力、物力财力以及将CⅥI工艺扩展到 材料优异的力学性能。它的主要性能特点有:耐烧蚀、大型、复杂制件的制备等具有重要的意义。通过建立 耐腐蚀、耐核辐射、化学惰性、高导电性、高导热性、低数学模型对CⅥI工艺过程进行数值模拟,深化对CⅤI 热膨胀系数、摩擦系数稳定高温下强度和刚度高以及工艺及其关键参数的理解,优化CVI工艺,缩短生产 良好的生物相容性等。到目前为止炭/炭复合材料已周期提高材料的性能是一条极为可行的途径。国内 成功地应用于导弹的再入头锥,固体火箭发动机喷管,外学者在这些方面作了大量的研究工作,其中Mcal 航天飞机结构件,民用飞机、军用飞机、高级轿车、重型 lister和Wolf提出了多个预制体同时增密的CⅥI数 汽车、高速列车、赛车的刹车盘,以及人工骨骼、关节、学模型。 Middleman-模拟了多孔预制体的等温C 心脏瓣膜、牙齿等生物材料等口-3。但是炭/炭复合材过程,分析了孔隙率的初始分布对最终产品的影响 料的CⅥ工艺周期长,成本高,各种工艺参数如温度、 McAllister用随机孔隙模型,对丙烯等温CI制备 气体的浓度、压强、预制体的结构等对该工艺过程的影炭基复合材料进行了模拟计算。Star,1应用“结点 响极为复杂,这些都给该工艺的研究和探索带来了很通道模型”对纤维布叠层预制体进行了模拟计算。 大的难甄计算机模拟研究可以避免大量的尝试性 gupte、Taip0等将预制体理想化为含有非交叉的
326 材料工程／2006年增刊1 炭／炭复合材料热梯度CVI工艺中温度 场的数值模拟 Numerical Simulation of Temperature Field in Thermal Gradient CVI Process for Carbon／Carbon Composites 赵建国1’2，李克智1，李贺军1，翟言强1，王 闯1 (1西北工业大学材料学院，西安710072；2山西大同大学，山西大同037009) ZHAO Jian—gu01'2，LI Ke-zhil，LI He—j unl， ZHAI Yan—qian91。WANG Chuan91(1 School of Materials Science，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2 Shanxi Datong Univer'sity，Datong 037009，Shanxi，China) 摘要：阐明了用于制备炭／炭复合材料的热梯度化学气相沉积工艺过程和原理，测定了沉积过程中预成型体内不同位置 的温度。建立了炭／炭复合材料热梯度CVI的2D轴对称几何模型，以及热梯度CVI工艺中的导热微分方程，对热梯度 CVI工艺中的梯度温度场进行了模拟分析，并将模拟结果与实际测试结果进行了对比。 关键词：炭／炭复合材料；热梯度化学气相沉积}温度场}数值模拟 中圈分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001—4381(2006)Suppl一0326—03 Abstract：It was illuminated the principle and advantage of thermal gradient chemical vapor infiltration (CVI)technology for preparation of carbon／carbon composites．The temperature gradient in preforms was measured and the plot of temperature gradient via position was presented and discussed．The sim— plifying 2D axial symmetric geometry model and the energy transport balance equations including heat conduction，convection and radiation were built，respectively．The simulation by the finite element method aimed to describe the temperature field of the thermal gradient CVI processes for carbon／car— bon composites had been performed．The simulated temperature fields were compared with the experi— mental measure values． Key words：carbon／carbon composites；thermal gradient chemical vapor infiltration；temperature field； numerical simulation 炭／炭复合材料综合了炭材料的高温性能和复合 材料优异的力学性能。它的主要性能特点有：耐烧蚀、 耐腐蚀、耐核辐射、化学惰性、高导电性、高导热性、低 热膨胀系数、摩擦系数稳定、高温下强度和刚度高以及 良好的生物相容性等。到目前为止炭／炭复合材料已 成功地应用于导弹的再人头锥，固体火箭发动机喷管， 航天飞机结构件，民用飞机、军用飞机、高级轿车、重型 汽车、高速列车、赛车的刹车盘，以及人工骨骼、关节、 心脏瓣膜、牙齿等生物材料等[1_3]。但是炭／炭复合材 料的CVI工艺周期长，成本高，各种工艺参数如温度、 气体的浓度、压强、预制体的结构等对该工艺过程的影 响极为复杂，这些都给该工艺的研究和探索带来了很 大的困难。而计算机模拟研究可以避免大量的尝试性 实验，对节省人力、物力、财力以及将CVI工艺扩展到 大型、复杂制件的制备等具有重要的意义。通过建立 数学模型对CVI工艺过程进行数值模拟，深化对CVI 工艺及其关键参数的理解，优化CVI工艺，缩短生产 周期，提高材料的性能，是一条极为可行的途径。国内 外学者在这些方面作了大量的研究工作，其中Mcal— lister和Wolf[4]提出了多个预制体同时增密的CVI数 学模型。MiddlemanE阳模拟了多孔预制体的等温CVI 过程，分析了孔隙率的初始分布对最终产品的影响。 McAllister[63用随机孔隙模型，对丙烯等温CVI制备 炭基复合材料进行了模拟计算。Starr[7’8]应用“结点一 通道模型”对纤维布叠层预制体进行了模拟计算。 万方数据 GupteE 9|、Taicl03等将预制体理想化为含有非交叉的圆
炭/炭复合材料热梯度CⅥ工艺中温度场的数值模拟 327 筒形孔隙扩散反应仅在微小的孔隙中进行,直至孔隙度后,把沉积层向外移动一个步进,设立下一新的沉积 闭合。Deek2、 Morell12等人也提出了CⅥ过程层,热解沉积区域呈放射状向外侧推进迁移,直至整个 的数学模型。李克智采用有限元法对二维轴对称预制体被全部沉积2。本工作中的热梯度CⅥI工艺 炭/炭复合材料的等温CⅥI工艺进行了模拟,分析了是通过控制沉积炉内的温度场分布来控制沉积区域的 沉积温度纤维体积分数预制体尺寸等工艺参数对等位置。 温CⅥI过程的影响。姜开宇1采用有限差分法 2.2几何模型的建立 梯度CⅥI工艺进行了模拟。顾正彬1研究了模拟结 在本工作中选用空心圆柱体形状的炭纤维预制体 果的可视化输出。侯向辉建立了单向炭/炭复合材为研究对象。为了有效地减少计算量,提高运算速度, 料CⅥI过程的有限差分模型。李爱军1建立了等温在不影响模型的准确性的前提下,我们将3D轴对称 CⅥI工艺的传质、传热数学和物理模型并用有限元方垂直式CVI反应炉简化为图1所示的2D结构,由于 法对其进行了数值模拟。由于热梯度CⅥI工艺中存热梯度CVI沉积炉具有典型的轴对称的特点,所以数 在着变化的温度梯度场,十分复杂,对温度场模拟研究值模拟过程中将采用轴对称几何模型选择圆柱坐标 未见报道,所以本文将对热梯度CⅥI工艺中的温度场系来研究问题。为了研究方便将反应炉内空间分成发 进行模拟分析,对深入理解热梯度CⅥI过程以及对热体区域Q21,天然气传质扩散的多孔炭毡预制体区域 CⅥI工艺的优化具有十分重要的意义。 Q2,和天然气自由流动的反应炉腔区域,如图1所示。 1实验 以天然气为前驱体,其中含98%(质量分数,下 Healer 同)CH4,0.3%CH3,0.3%CH10,0.4%其他烃类化 Preform 合物1%N2(陕西榆林管道天然气)。沉积炉内的气 压保持为1个大气压,气流量为3~5.0m3/h。针刺炭 毡作成内径6mm,外径160mm,高度900mm的预成 型体。炭毡的密度为0.2g/cm3。在炭毡预制体中部 图12D轴对称几何模型 沿径向钻一个∮0mm×77mm的小孔,用来放置热电 Fig. 1 The simplifying 2D axial symmetric geometry 偶。用PtRh热电偶来测温,沿沉积炉的径向放置可 移动的热电偶,热电偶的探头可接触到中心发热体.2.3传热方程 热电偶能监控发热体、预制体半径上任意点、预制体表 热梯度CⅥI工艺体系是具有内热源的三维不稳 面和反应炉壁之间的温度。图1所示为热梯度C 定导热传热过程较为复杂,它包括了传导、对流辐射 的示意图 三种主要的热量传递方式,而且随着CⅥI过程的进 行,导热方式也在随着时间的改变而变化。为了简化 2结果与讨论 问题,在建立传热方程之前作如下假设: (1)将预制体看作是无限长的空心圆柱体,温度沿 2.1炭/炭复合材料热梯度CⅤI工艺原 轴向均匀分布,温度场呈轴对称分布 本工作使用的壁冷式热梯度CVI炉是采用石 2)在足够短的时间间隔dt内,可以认为各处的 作发热体,通过低电压大电流使石墨发热体产生焦耳温度保持不变,属近稳态传热过程; 热,炉体外壳由循环水冷却在预制体的内外壁之间存 (3)前驱体天然气发生CVI反应时的反应热可以 在温度差,前驱体从预制体的低温外表面流入,通过扩 忽略不计 散传质到达高温沉积区,由于温度对热解炭沉积反应 发热体的热量沿径向发散,热源在空心圆柱形预 的影响呈指数关系所以前驱体在到达沉积层之前几制体内轴向上均匀分布,根据傳立叶定律和能量守恒 乎不发生热解反应只是被逐步预热热解炭的沉积只原理,在dt时间内导人微元体的净热量加上微元体内 能在很窄的沉积区域进行,所以在整个沉积过程中前热源放出的热量应等于微元体内能的增加,与此相应, 驱体进入预制体内热解区域的孔隙一直保持畅通,从撒元体的温度将发生变化,所以可建立如下热梯度 而克服了等温CⅥI工艺中存在闭孔现象的缺陷。多 CⅥ导热微分方程: 孔性预制体的高温沉积区被热解炭沉积达到所需的密 AC9+.(-xVT)=Q-CU·VT 万方数据
炭／炭复合材料热梯度CVI工艺中温度场的数值模拟 327 筒形孔隙，扩散反应仅在微小的孔隙中进行，直至孔隙 闭合。Deepak[1¨、Morell[1幻等人也提出了CVI过程 的数学模型。李克智[133采用有限元法对二维轴对称 炭／炭复合材料的等温CVI工艺进行了模拟，分析了 沉积温度、纤维体积分数、预制体尺寸等工艺参数对等 温CVI过程的影响。姜开宇[143采用有限差分法对热 梯度CVI工艺进行了模拟。顾正彬[15]研究了模拟结 果的可视化输出。侯向辉[16]建立了单向炭／炭复合材 料CVI过程的有限差分模型。李爱军[17]建立了等温 CVI工艺的传质、传热数学和物理模型并用有限元方 法对其进行了数值模拟。由于热梯度CVI工艺中存 在着变化的温度梯度场，十分复杂，对温度场模拟研究 未见报道，所以本文将对热梯度CVI工艺中的温度场 进行模拟分析，对深入理解热梯度CVI过程以及对 CVI工艺的优化具有十分重要的意义。 1 实验 以天然气为前驱体，其中含98％(质量分数，下 同)CH。，0．3％C。H。，0．3％C。H。。，0．4 0A其他烃类化 合物，1％N。(陕西榆林管道天然气)。沉积炉内的气 压保持为1个大气压，气流量为3～5．0m3／h。针刺炭 毡作成内径6mm，外径160mm，高度900mm的预成 型体。炭毡的密度为0．29／cm3。在炭毡预制体中部 沿径向钻一个中10mm×77ram的小孔，用来放置热电 偶。用Pt—Rh热电偶来测温，沿沉积炉的径向放置可 移动的热电偶，热电偶的探头可接触到中心发热体。 热电偶能监控发热体、预制体半径上任意点、预制体表 面和反应炉壁之间的温度。图1所示为热梯度CVI 炉的示意图。 2结果与讨论 2．1炭／炭复合材料热梯度CVI工艺原理 本工作使用的壁冷式热梯度CVI炉是采用石墨 作发热体，通过低电压大电流使石墨发热体产生焦耳 热，炉体外壳由循环水冷却，在预制体的内外壁之间存 在温度差，前驱体从预制体的低温外表面流入，通过扩 散传质到达高温沉积区，由于温度对热解炭沉积反应 的影响呈指数关系，所以前驱体在到达沉积层之前几 乎不发生热解反应，只是被逐步预热，热解炭的沉积只 能在很窄的沉积区域进行，所以在整个沉积过程中前 驱体进入预制体内热解区域的孔隙一直保持畅通，从 而克服了等温CVI工艺中存在闭孔现象的缺陷。多 孔性预制体的高温沉积区被热解炭沉积达到所需的密 度后，把沉积层向外移动一个步进，设立下一新的沉积 层，热解沉积区域呈放射状向外侧推进迁移，直至整个 预制体被全部沉积[2]。本工作中的热梯度CVI工艺 是通过控制沉积炉内的温度场分布来控制沉积区域的 位置。 2．2几何模型的建立 在本工作中选用空心圆柱体形状的炭纤维预制体 为研究对象。为了有效地减少计算量，提高运算速度， 在不影响模型的准确性的前提下，我们将3D轴对称 垂直式CVI反应炉简化为图1所示的2D结构，由于 热梯度CVI沉积炉具有典型的轴对称的特点，所以数 值模拟过程中将采用轴对称几何模型，选择圆柱坐标 系来研究问题。为了研究方便将反应炉内空间分成发 热体区域Q，，天然气传质扩散的多孔炭毡预制体区域 Q。，和天然气自由流动的反应炉腔区域，如图1所示。 图1 2D轴对称几何模型 Fig．1 The simplifying 2D axial symmetric geometry 2．3传热方程 热梯度CVI工艺体系是具有内热源的三维不稳 定导热，传热过程较为复杂，它包括了传导、对流、辐射 三种主要的热量传递方式，而且随着CVI过程的进 行，导热方式也在随着时间的改变而变化。为了简化 问题，在建立传热方程之前作如下假设： (1)将预制体看作是无限长的空心圆柱体，温度沿 轴向均匀分布，温度场呈轴对称分布； (2)在足够短的时间间隔出内，可以认为各处的 温度保持不变，属近稳态传热过程； (3)前驱体天然气发生CVI反应时的反应热可以 忽略不计。 ’发热体的热量沿径向发散，热源在空心圆柱形预 制体内轴向上均匀分布，根据傅立叶定律和能量守恒 原理，在d￡时间内导入微元体的净热量加上微元体内 热源放出的热量应等于微元体内能的增加，与此相应， 微元体的温度将发生变化，所以可建立如下热梯度 CVI导热微分方程： 3个 10C。祟+v·(一A V丁)=Q—pc。U·V T 万方数据
材料工程/2006年增刊 C代表导热介质比热容,(kJ·kg1·K-);λ是有效3结论 导热系数,(W·m-1·K-1);Q表示单位体积热源体 在单位时间内放出的热量,(W·m-3);P为导热介质 本文建立了炭/炭复合材料热梯度CVI的2D轴 密度,(kg/m2)。U表示预制体内流体的速度向量,对称几何模型,以及热梯度CⅥ工艺中的导热微分方 程,对热梯度CⅥI工艺中的梯度温度场进行了模拟分 2.4温度场模拟结果 析,并将模拟结果与实际测试结果进行了对比,研究结 由热梯度cⅥI的工艺原理可知,沉积炉内的温度果表明模拟结果精确度高 场分布是影响工艺的重要因素沉积炉内温度梯度的 存在是本工艺的主要特征,图2是不同沉积时刻的温 参考文献 度场分布图。图中的Q1区域是钼棒发热体,也是沉[1 SAVAGE C. Carbon-carbon composites[M. London; Champman& 积炉的热源,而区域是由导热系数较低的炭纤维毡构 Hl,1993,351-359 成,区域是天然气自由流动的空间,由于天然气流速2140,12,1H, WANG C. The influence of therm 较快,在沉积的同时会带走大量的热能,而区域外侧 gradient on pyrocarbon deposition of carbon/ carbon composites during the CVI process[J]. Carbon, 2006,44(4): 786-791 的炉壁是由循环水冷却,所以如图所示近似为恒温3] BUCKLEY J D, EDIE DD. Carbon/ carbon materials and com 300K。从图2可以看到不同时刻在沉积炉内径向上 positesLM]. Park Ridge, New Jersey Noyes Publications, 1993 存在较大的温度梯度,而在轴向上温度均匀一致,与前 面为了研究问题方便所作的假设吻合。图3是在沉积4 ICALLISTER P: OLF EE. Simulation of a multiple substrate 工艺进行了120h后沉积炉内由热电偶直接测得的温 度场和模拟结果的比较,由图可见,模拟结果与沉积炉 bon-carbon composites[]. AICHE Journal, 1993, 39(7)11196 真实的温度场吻合,说明模拟结果真实可靠,可以用5 MIDDLEMAN S, HEBLE B, CHENG G C T. Improved un 来研究分析热梯度CVI的工艺过程。 ity of densification of ceramic composites through control of [6] MCALLISTER P, WOLF EE. Modeling of chemical vapor Infil tration of carbon in porous carbon substrates[J]. Carbon, 199 [7] Starr T L. Gas Transport model for chemical vapor infiltration [n].J [8] STARR T L, VINYARD G F, SMITH A W. Proceedings of the a- [9] GUPTE S M, TSAMOPOULOS 3, Forced-flow chemical vapor 图2模型中不同时刻的温度场分布 filtration of porous ceramic materials [J]. J Electrochem Soc Fig. 2 The simulated temperature field 1990,137(11):3675-3682. of the model at different times [10] TAI N H, CHOU T W. Analytical modeling of chemical vapor infiltration in fabrication of ceramic composites[J]. J Am Ceram Res,1989,72(3):414-420 [11] DEEPAK, EVANS J W. Mathematical model for chemical vapor rave heated preform [J]. J Am Cera soe,1993,76(8):1924-1929 [12 MORELL J I, ECONOMOU D J, AMUNDSON NR, A Math- natical model for chemical vapor infiltration with volume heat ing[J]. j electrochem Soc, 1992, 139(1):328-336. [13] LI K Z, LI H], JIANG K Y, HOU X H. Numerical simulation of isothermal chemical vapor infiltration process in fabrication of bon-carbon composites by finite element method[J].Science 图3在120h时热梯度沉积炉内温度场 In China(Series E), 2000, 43(1):77-85. Fig 3 The temperature field in the thermal-gradien [14]姜开宇,李贺军,侯向辉,李克智.碳基及陶瓷基复合材料CⅥI chemical vapor infiltration furnace at 120h (下转第333页) 万方数据
328 材料工程／2006年增刊1 C。代表导热介质比热容，(kJ·kg_1·K-1)；A是有效 导热系数，(w·m_1·K_1)；臼表示单位体积热源体 在单位时间内放出的热量，(W·rfl_3)；P为导热介质 密度，(kg／m3)。U表示预制体内流体的速度向量， (m·S一1)。 2．4温度场模拟结果 由热梯度CVI的工艺原理可知，沉积炉内的温度 场分布是影响工艺的重要因素，沉积炉内温度梯度的 存在是本工艺的主要特征，图2是不同沉积时刻的温 度场分布图。图中的Q，区域是钼棒发热体，也是沉 积炉的热源，而区域是由导热系数较低的炭纤维毡构 成，区域是天然气自由流动的空间，由于天然气流速 较快，在沉积的同时会带走大量的热能，而区域外侧 的炉壁是由循环水冷却，所以如图所示近似为恒温 300K。从图2可以看到不同时刻在沉积炉内径向上 存在较大的温度梯度，而在轴向上温度均匀一致，与前 面为了研究问题方便所作的假设吻合。图3是在沉积 工艺进行了120h后沉积炉内由热电偶直接测得的温 度场和模拟结果的比较，由图可见，模拟结果与沉积炉 内真实的温度场吻合，说明模拟结果真实可靠，可以用 来研究分析热梯度CVI的工艺过程。 图2模型中不同时刻的温度场分布 Fig．2 The simulated temperature field of the model at different times Distance from the hot sidc|miTt 图3在120h时热梯度沉积炉内温度场 Fig 3 The temperature field in the thermal-gradient chemical vapor infiltration furnace at 120h 3 结论 本文建立了炭／炭复合材料热梯度CVI的2D轴 对称几何模型，以及热梯度CVI工艺中的导热微分方 程，对热梯度CVI工艺中的梯度温度场进行了模拟分 析，并将模拟结果与实际测试结果进行了对比，研究结 果表明模拟结果精确度高。 参考文献 [1]SAVAGE G．Carbon-carbon composites[M]．London：Champman＆ Hall。1993．351—359． [2] ZHAO J G，LI K z，LI H J，WANG C．The influence of thermal gradient on pyrocarhon deposition of carbon／carbon composites during the CVI process[J]．Carbon。2006，44(4)：786—791． [3] BUCKLEY J D，EDIE D D．carbon／carbon materials and corn— positesl,M]．Park Ridge，New Jersey：Noyes Publications，1993， 1—17． [4] MCALLISTER P，WOLF E E．Simulation of a multiple substrate reactor for chemical vapor infiltration of pyrolytic carbon with car— bon-carbon composites[J]．AICHE Journal，1993，39(7)：1196 —1209． [5] MIDDLEMAN S，HEBLE B，CHENG G C T．Improved uni— formity of densification of ceramic composites through control Of the intial preform porosity distribution[J]．J Mater Res，1990，5 (7)：1544—1548． [6] MCALLISTER P，WOLF E E．Modeling of chemical vapor Infil— tration of carbon in porous carbon substrates[J]．Carbon，1991， 29(3)：387—396． [7] Starr T L．Gas Transport model for chemical vapor infiltration FJ]．J Mater Res，1995，10(9)：2360--2366． [8]STARR T L，VINYARD G F，SMITH AW．Proceedings of the a— merican society for composites-fifth technic8l conferencel,C]．Pennsyl— vania，：Technical Publishing Company，1990，789—796． [9] GUPTE S M，TSAMOPOUL0s J．Forced—flow chemical vapor infiltration of porous ceramic materials[J]．J Electrochem Soc， 1990，137(11)：3675—3682． [10]TAI N H，CHOU T W．Analytical modeling of chemical vapor infiltration in fabrication of ceramic composites[J]．J Am Ceram Ras，1989，72(3)：414—420． [11]DEEPAK，EVANS J W．Mathematical model for chemical vapor infiltration with microwave heated preform[J]．J Am Ceram Soc，1993，76(8)：1924—1929． [12] MORELL J I，ECONOMOU D J，AMUNDSON N R．A Math— ematicaI model for chemical vapor infiltration with volume heat— ingFJ]．J electrochem Soc，1992，139(1)：328—336． 1,13]LI K Z，LI H J，JIANG K Y，HOU X H．Numerical simulation of isothermal chemicaI vapor infiltration process in fabrication of carbon-carbon composites by finite element methodl,J]．Science In China(Series E)，2000，43(1)：77—85． [14] 姜开宇，李贺军，侯向辉，李克智．碳基及陶瓷基复合材料CVI (下转第333页) p＼2；甚冀星 万方数据
600MPa级冷轧双相钢的试制与研究 图7双相钢冷轧和退火试样的ODF截面图(42=45°)(B)冷轧(最大值7.93);(b)退火(最大值591) Fig. 7 DOF figures for cold rolled and annealed dP steels (a)cold rolled(max 7, 93),(b)annealed (max 5, 91) 0020 0.015 31013202530340435055 图8退火试样的EBSD徽观取向分析(a)微观取向分布;(b)撒观组织图 Fig 8 EBSD micro-orientation analysis for annealed samples (a)misorientations distribution:(b)microscopic structure diagram 于铁素体基体,铁素体平均晶粒尺寸4~6m,马氏体[4 DEBANSHU BHATTACHARYA. Developments in Advanced High 体积分数13%~15% Strength Steels ]. Iron steel Supplement, 2005, 40: 69-75. 2)高温卷取热轧组织由多边形铁素体和规则的 片层状珠光体组成有利于后续组织演变。低温卷取作看介:霜(191),男,博土研究生,研究方向新一代汽车用离 组织铁素体晶粒形状不规则,尺寸不均匀,对最终力学(她址:北京科技大学材料科学与学院材料成形与控制程系 性能有不良影响 (3)连续退火过程中820℃加热,680℃快冷有利 于新生铁素体的形成,有利于降低屈强比提高延伸将亲淅将亲兼亲亲兼亲兼兼亲兼兼米来兼亲兼兼 上接第328页 (4)退火后试样主要织构有{112},11113 工艺数值模拟的相关数学模型[].宇航材料工艺,199,29(3) ,{111},但是{111}织构不如 普通深冲板强,双相区部分奥氏体化与快冷过程中马 [15]顾正彬,李贺军等.碳/碳复合材料等温CⅥ工艺有限元模拟及 可视化研究[门].西北工业大学学报,2003,21(3):360 氏体的形成可能对双相钢最终织构有一定影响。退火[16]Houx,H, CHEN Y,LK. Modeling of chemical vapor in- 后试样的晶粒取向主要以大角度为主,峰值在40~50 filtration process for fabrication of C-C composites by finite differ- 度之间。晶粒内部存在少量亚晶 [17]李爱军,碳/碳复合材料性能预测与IⅥ工艺系统虚拟设计 参考文献 [D.西北工业大学博士学位论文,2004. [1]马鸣图吴宝榕双相钢物理和力学冶金[M].北京:冶金工业出 版社,1988,1-2 蔷金项目:国家“973”项目(2006CB600908) [2] SHI F双相钢和低合金高强度钢成形性能的对比[J世界钢 作者简介:赵建国(1971-),男讲师博士,从事炭/炭复合材料制备工 铁,2002,(4)118-22, 艺及数值模拟的研究,西北工业大学材料学院(70072) [3]朱晓东王利连续遇火工艺参数对SiMn系冷轧双相钢的力学 性能的影响[A].2003中国钢铁年会论文集[C]2003,684-688 万方数据
600MPa级冷轧双相钢的试制与研究 333 Constant Phi2=4S 图7双相钢冷轧和退火试样的ODF截面图(≠2=45。) Fig．7 DOF figures for cold rolled and annealed DP steels (a)冷轧(最大值7．93)}(b)退火(最大值5．91) (a)cold rolled(max 7．93)}(b)annealed(max 5．91) Misorientation angle(。) 堑坚垫 图8退火试样的EBSD微观取向分析(a)微观取向分布I(b)微观组织图 Fig．8 EBSD micro-orientation analysis for annealed samples(a)misorientations distribution!(b)microscopic structure diagram 于铁素体基体，铁素体平均晶粒尺寸4～6弘m，马氏体 体积分数13％～15％。 (2)高温卷取热轧组织由多边形铁素体和规则的 片层状珠光体组成，有利于后续组织演变。低温卷取 组织铁素体晶粒形状不规则，尺寸不均匀，对最终力学 性能有不良影响。 (3)连续退火过程中820℃加热，680℃快冷有利 于新生铁素体的形成，有利于降低屈强比，提高延伸 率。 (4)退火后试样主要织构有{112)，{111) ，{111)，但是{111)织构不如 普通深冲板强，双相区部分奥氏体化与快冷过程中马 氏体的形成可能对双相钢最终织构有一定影响。退火 后试样的晶粒取向主要以大角度为主，峰值在40～50 度之间。晶粒内部存在少量亚晶。 参考文献 E1]马鸣图，吴宝榕．双相钢一物理和力学冶金[M]．北京：冶金工业出 版社，1988．1—2． [2]SHI M F．双相钢和低合金高强度钢成形性能的对比[J]．世界钢 铁，2002，(4)：18—22． E3]朱晓东，王利．连续退火工艺参数对si—Mn系冷轧双相钢的力学 性能的影响[A]．2003中国钢铁年会论文集[c]．2003，684—688． [4]DEBANSHU BHATTACHARYA．Developments in Advanced High Strength Steds[J]．Iron&steel Supplement，2005，40：69--75． 作者简介：邝霜(1981一)，男，博士研究生，研究方向：新一代汽车用高 强钢，联系地址：北京科技大学材料科学与学院材料成形与控制程系 (100083)。 (上接第328页) ÷l÷米米米米张{|÷米米米米米米米米咪来{l÷米米米米米 工艺数值模拟的相关数学模型口]．宇航材料工艺，1999，29(3)： 42—46． 一■ [15]顾正彬，李贺军等．碳／碳复合材料等温CVI工艺有限元模拟及 可视化研究口]．西北工业大学学报，2003，21(3)：360． [16]HOU X，LI H，CHEN Y，LI K．Modeling of chemical vapor in— filtration process for fabrication of C-C composites by finite differ— ence methods[J]．Carbon，1999，34(4)：699—671． [17]李爱军．碳／碳复合材料性能预测与ICVI工艺系统虚拟设计 [D]．西北工业大学博士学位论文，2004． 基金项目：国家“973”项目(2006CB600908) 作者简介：赵建国(1971一)，男，讲师，博士，从事炭／炭复合材料制备工 艺及数值模拟的研究，西北工业大学材料学院(710072)。 O O O O 0 O O O 0 万方数据
炭/炭复合材料热梯度CVI工艺中温度场的数值模拟 旧万数据 TA文献链接 赵建国,李克智,李贺军,翟言强,王闯, HAO Jian-guo,LIKe ZHAI Yan-giang, WANG Chuang 作者单位: 赵建国, ZHAo Jian-guo(西北工业大学,材料学院,西安,710072:山西大同大学,山西,大同 9),李克智,李贺军,翟言强,王闯, LI Ke-zhi, LI He-jun, ZHAI Yan- qiang,WAN (西北工业大学,材料学院,西安,710072) 材料工程sTp 英文刊名: JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING 年,卷(期) 2006(z1) 1. SAVAGE G Carbon-carbon composites 1993 2. ZHAOJG LIKZ: LIHJ WANGC The influence of thermal gradient on pyrocarbon deposition of carbon/carbon composites during the Cvi process[外文期刊]2006(04) 3. BUCKLEY J D: EDIE DD Carbon/carbon materials and composites 1993 4. MCALLISTER P: WOLF EE Simulation of a multiple substrate reactor for chemical vapor infiltration f pyrolytic carbon with carbon-carbon composites 1993(07 5.MIDDLEMAN S: HEBLE B: CHENG G C T Improved uniformity of densification of cer mic composites through ntrol of the intial preform porosity distribution 1990(07) 6. MCALLISTER P: WOLF E E Modeling of chemical vapor Infiltration of carbon in porous carbon substrates 1991(03) 7. Starr T L Gas Transport model for chemical vapor infiltration[外文期刊]1995(09) 8. STARR T L; VINYARDG F; SMITH A W查看详情1990 GUPTE S M: TSAMOPOULOS J Forced-flow chemical vapor infiltration of porous ceramic materials/Tx# 10. TAI N H: CHOU T W Analytical modeling of chemical vapor infiltration in fabrication of ceramic composites 1989(03) J W Mathematical model for chemical vapor infiltration with microwave heated preform 外文期刊]1993(08) 12. MORELL J I: ECONOMOU DJ: AMUNDSON N R A Mathematical model for chemical vapor infiltration with olume heating 1992 (01) 13. LI K Z: LI H J: JIANG K Y: HOU X H Numerical simulation of isothermal chemical vapor infiltration process in fabrication of carbon-carbon composites by finite element method [H]Hliex]-Science in China Ser E 2000(01) 14.姜开宇;李贺军;侯向辉;李克智碳基及陶瓷基复合材料CⅥI工艺数值模拟的相关数学模型[期刊论文]-宇航材料 工艺1999(03) 15.顾正彬;李贺军碳/碳复合材料等温CⅥ工艺有限元模拟及可视化研究[期刊论文]西北工业大学学报2003(03) 16. HOU X: LI H; CHEN Y: LI K Modeling of chemical vapor infiltration process for fabrication of C-C composites by finite difference methods 1999 (04) 17.李爱军碳/碳复合材料性能预测与ICⅥ工艺系统虚拟设计2004
炭/炭复合材料热梯度CVI工艺中温度场的数值模拟 作者： 赵建国， 李克智， 李贺军， 翟言强， 王闯， ZHAO Jian-guo， LI Ke-zhi， LI He-jun ， ZHAI Yan-qiang， WANG Chuang 作者单位： 赵建国,ZHAO Jian-guo(西北工业大学,材料学院,西安,710072;山西大同大学,山西,大同 ,037009)， 李克智,李贺军,翟言强,王闯,LI Ke-zhi,LI He-jun,ZHAI Yan-qiang,WANG Chuang(西北工业大学,材料学院,西安,710072) 刊名： 材料工程 英文刊名： JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING 年，卷(期)： 2006(z1) 参考文献(17条) 1.SAVAGE G Carbon-carbon composites 1993 2.ZHAOJG LIKZ;LIHJ WANGC The influence of thermal gradient on pyrocarbon deposition of carbon/carbon composites during the CVI process[外文期刊] 2006(04) 3.BUCKLEY J D;EDIE D D Carbon/carbon materials and composites 1993 4.MCALLISTER P;WOLF E E Simulation of a multiple substrate reactor for chemical vapor infiltration of pyrolytic carbon with carbon-carbon composites 1993(07) 5.MIDDLEMAN S;HEBLE B;CHENG G C T Improved uniformity of densification of ceramic composites through control of the intial preform porosity distribution 1990(07) 6.MCALLISTER P;WOLF E E Modeling of chemical vapor Infiltration of carbon in porous carbon substrates 1991(03) 7.Starr T L Gas Transport model for chemical vapor infiltration[外文期刊] 1995(09) 8.STARR T L;VINYARD G F;SMITH A W 查看详情 1990 9.GUPTE S M;TSAMOPOULOS J Forced-flow chemical vapor infiltration of porous ceramic materials[外文期 刊] 1990(11) 10.TAI N H;CHOU T W Analytical modeling of chemical vapor infiltration in fabrication of ceramic composites 1989(03) 11.DEEPAK EVANS J W Mathematical model for chemical vapor infiltration with microwave heated preform [外文期刊] 1993(08) 12.MORELL J I;ECONOMOU D J;AMUNDSON N R A Mathematical model for chemical vapor infiltration with volume heating 1992(01) 13.LI K Z;LI H J;JIANG K Y;HOU X H Numerical simulation of isothermal chemical vapor infiltration process in fabrication of carbon-carbon composites by finite element method[期刊论文]-Science in China Ser E 2000(01) 14.姜开宇;李贺军;侯向辉;李克智 碳基及陶瓷基复合材料CVI工艺数值模拟的相关数学模型[期刊论文]-宇航材料 工艺 1999(03) 15.顾正彬;李贺军 碳/碳复合材料等温CVI工艺有限元模拟及可视化研究[期刊论文]-西北工业大学学报 2003(03) 16.HOU X;LI H;CHEN Y;LI K Modeling of chemical vapor infiltration process for fabrication of C-C composites by finite difference methods 1999(04) 17.李爱军 碳/碳复合材料性能预测与ICVI工艺系统虚拟设计 2004
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