反应熔渗制备超高温碳陶复合材料的工艺仿真和实验验证

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超高温陶瓷基复合材料以其卓越的高温综合性能、较高的损伤容限和抗热冲击能力,成为有望满足极端环境的首选热防护材料。反应熔体渗透法是制备这一类材料的主要工艺,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。反应熔渗工艺是利用高温熔体通过毛细作用渗透到碳基多孔体中,生成耐高温陶瓷相嵌入到结构体孔隙中的一类工艺,但由于熔渗过程中的高温高活性环境和短时剧烈反应造成的实验观控难、物质输运孔道易堵塞等难题依然存在。因此揭示多元反应性熔体在碳多孔体内的输运特性与致密化行为,实现陶瓷基复合材料的可控制备成为关键。本研究基于反应熔渗的工艺路线,构建了耦合渗流场、反应场和温度场的多物理场高保真模型,借助模拟计算技术对碳基多孔体内反应性熔体的输运和传质反应进行仿真分析,并实验验证相关动力学行为,制备了2500℃超长时间耐烧蚀超高温陶瓷基复合材料并分析其烧蚀机理。本研究旨在深入分析高温熔体在碳多孔体内的反应渗透行为,实现RMI工艺制备超高温碳陶复合材料的性能提升。