无限微热源法合成β-SiC粉体的温度场模拟 The Simulation on Temperature Filed of Synthesizing β-SiC Powder by Infinite-mini-heat Sources Furnace.pdf

第25卷第3期 甘肃科技 蹦．25Ⅳo．3 GansuScienceand 屁6． 2009 2009年2月 7rechnology 无限微热源法合成p—SiC粉体的温度场模拟。 陆树河，王晓刚 (西安科技大学材料科学与工程学院，陕西西安710054) 摘要：采用ANsYs热分析软件对无限微热源法合成B—Sic粉体的温度分布进行模拟，得到了炉内不同时间温度 分布图，并分析了合成炉内温度分布规律。 关键词：ANsYS；温度场；热分析；8一SC 中图分类号：TQl74．175+8 SiC是一种人造强共价键化合物材料。具有耐 行研究时的传热模型，如图l所示。 高温、耐辐照、耐腐蚀、耐磨损、高热导率、高硬度、高 温强度好、抗热震性能好、热膨胀系数小、高的饱和 电子漂移速度、高的临界击穿电场、小的介电常数和 好的吸波性能等优良性能。已经在很多领域尤其是 在航空航天、冶金、电子、机械、环保、化工、能源、军 工等高尖端技术领域得到了广泛的应用¨。J。 目前，p—SiC粉体的制备方法较多【4J，有碳热 还原法、机械粉碎法、Sol—gel法、高温自蔓延合成 法(SHS)、热分解法等等。这些方法要么成本高，效 图1传热模型 率低，要么产品质量不稳定，均不易产业化。西安科 无限微热源合成炉温度场具有平面非稳态导热 技大学王晓刚教授所带领的研发团队积极创新，提 特点，由传热学可知【5】，具有内热源和瞬态温度场 出了无限微热源法合成B—SiC粉体的思想，并自主的固体导热微分方程为： 发明了多功能复式电阻炉。该方法是通过将无烟煤 ^2m．2m ．” (1) (或石油焦)粉、四氯硅烷、三氯甲基硅烷、以及添加 A≥+A雾+g=pq等 剂A200和催化剂B3lO按一定配比均匀混合，置于其中，譬为内热源发热体所产生的热量；茹、y为 多功能复式电阻炉中，并采用气氛保护，一次合成B 空间变量，‘为时间变量；r为因变量，是温度函数， —siC粉体，同时，有高附加值的B—sic晶须生成。 与x，y，t有关，即T(x，y，t)；入、p、C。是物料的三个 近年来，随着计算机技术的发展，在科学研究方 物性参数，入为导热系数，p为反应料密度，C，为比 法方面，继理论研究、实验研究之外，计算机模拟成 热容。由导热微分方程可以看出，解此方程的目的 为了第三种科学研究方法，并得到了众多科技工作 是研究不同位置(x，y)、不同时刻(t)炉内温度(T) 者的应用和发展。计算机模拟不但可以缩短研发时 的变化情况。此方程反映出炉内传热为瞬态过程。 间，同时还大大减少了研发费用。通过ANSYS软件 上述导热微分方程(1)为含有内热源的抛物型 对无限微热源法合成B—Sic粉体的温度场进行模偏微分方程，其解析解不易求得，ANSYS热分析软 拟。 件根据有限元思想对此方程进行传热学数值计算与 分析。有限元法是在积分最小值的基础上建立的． 1数学模型的建立 而有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的 无限微热源法合成B—Sic粉体时，合成炉内各离散单元。有限元思想分三步哺J：首先是结构离散 物料均匀混合，且与炉壁紧密接触，炉内的传热形式 成单元；其次是单元特性计算；最后是单元组合体的 以热传导为主。对无限微热源合成炉内的温度场