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²，顾传青¹，Koyo Norinaga³，李爱军²

1. 上海大学理学院数学系2. 上海大学材料复合及先进分散技术教育部工程中心3. 九州大学材料化学与工程学院

摘 要：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0.3 mm-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 k Pa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。

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;