氧化鋁基共晶陶瓷定向凝固過(guò)程中的數(shù)值模擬.pdf

1、氧化鋁基共晶陶瓷由于具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能而備受關(guān)注，被看作是超高溫高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)件和動(dòng)載件最有前景的候選材料。共晶陶瓷多種制備方法中，感應(yīng)區(qū)域熔煉法的特點(diǎn)是可以獲得較高的溫度梯度，樣品具有規(guī)則的外形等。為了獲得感應(yīng)區(qū)域熔煉制備共晶陶瓷的優(yōu)化工藝參數(shù)，縮短實(shí)驗(yàn)研究周期，本文采用有限元法計(jì)算模擬了Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷的區(qū)域熔煉定向凝固過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:
　　討論了不同坩堝半徑對(duì)共晶生長(zhǎng)過(guò)

2、程中的傳熱以及對(duì)流的影響。結(jié)果表明:隨著坩堝半徑的增大，該過(guò)程中的自然對(duì)流作用增強(qiáng)，固液界面凹陷度增加，結(jié)晶界面附近的熔體流動(dòng)不穩(wěn)定性增加，這些均不利于晶體的穩(wěn)定生長(zhǎng)。
　　模擬研究了共晶生長(zhǎng)過(guò)程中的傳熱機(jī)制。結(jié)果表明:在共晶生長(zhǎng)過(guò)程中雖然傳熱主要以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行，但自然對(duì)流的傳熱作用不可忽略。重力加速度越大，自然對(duì)流對(duì)傳熱的影響就越大。
　　模擬研究了自然對(duì)流的特征及對(duì)共晶生長(zhǎng)過(guò)程中固液界面形貌的影響。結(jié)果表明:自然對(duì)流

3、呈逆時(shí)針環(huán)形流，整個(gè)凝固過(guò)程中流動(dòng)強(qiáng)度先減小后增大。自然對(duì)流的存在加劇了共晶“U”型固液界面的凹陷度。
　　探討了加速坩堝旋轉(zhuǎn)技術(shù)(Accelerated Crucible Rotation Technique，ACRT)對(duì)區(qū)熔法生長(zhǎng)氧化鋁共晶陶瓷定向凝固過(guò)程中傳熱和流動(dòng)的影響。結(jié)果表明:ACRT強(qiáng)迫對(duì)流的特征為逆時(shí)針、順時(shí)針對(duì)流胞交替呈現(xiàn)，強(qiáng)度比自然對(duì)流大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。施加ACRT后，凝固過(guò)程中固液界面仍然呈凹形界面，但是凹陷