Численное моделирование процесса высокотемпературного силицирования углерод-углеродного пористого материала - Демин, Виталий; Марышев, Борис; Меньшиков, Александр (Вестник Пермского университета. Физика, 2021)
С целью теоретического описания процесса высокотемпературного силицирования углеродного волокна разработана физико-математическая модель на основе общих уравнений, описывающих закупоривание пористой среды различного рода примесями. В рассматриваемой задаче основным механизмом первичного заполнения пор образца является диффузия газа. Предполагается, что в роли механизма закупорки выступает конденсация газообразного кремния на внутренних стенках пор. Предложены температурные зависимости для коэффициентов конденсации и испарения, характеризующие интенсивность данного процесса. Численное моделирование выполнено методом конечных разностей с использованием явной схемы в случае постоянного значения мобильной концентрации на входе и заданного линейного распределения температуры на вертикальных границах образца, что позволило смоделировать частично силицируемую область и отграничить от нее ту часть изделия, которая остается “сухой” в ходе данного процесса. Проанализирована эволюция основных характеристик композитного материала: пористости и концентрации иммобильного компонента в объеме. Количественно описаны внешние факторы, влияющие на интенсивность процесса конденсации, а именно, проведен расчет концентрации мобильного компонента в объеме в зависимости от времени. Для характерного промежуточного времени расчета вычислено максимальное изменение пористости среды, на основе которого оценено время полной пропитки материала, составившее, как оказалось, порядка 2 ч. Результаты численного моделирования в плане времени силицирования и привеса образца удовлетворительно согласуются с известными количественными экспериментальными данными.