Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany,Masoud Haghshenas fard
محسن نصراصفهانی (استاد مشاور) مسعود حق شناس فرد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Vahid Bahrami
وحید بهرامی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

CFD Simulation For Fabrication Of C/SiC Composites By Chemical Vapor Infiltration Prosess
The ceramic composites with their extraordinary properties at high temperatures, are widely used in various fields. SiC ceramic reinforced with carbon fiber is considered as one of the most widely used of this kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; TEXT-INDENT: 14.2pt; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr; mso-layout-grid-align: none" This method is the best method for the production of ceramic matrix composites because it produce a more uniform ceramic. In this study, different methods of producing ceramic matrix composites are explained and then CVI method is described in detail because there is no Farsi reference on the production of CMCs. After that, relations and parameters of CVI processes described and then an isobaric-isothermal CVI process which had previously simulated by Wei et al, is simulated by the use of CFD based on finite element method with new process parameters such as effective surface area and diffusion tortuosity factor that has been achieved in recent years and the results were compared with experimental results that were presented by them. After that the effect of temperature and pressure variation on infiltration process is examined and finally a new deposition method and chemical infiltration process is proposed which is analyzed by CFD simulation and the advantages of new method is examined. Keywords: ceramic matrix composites; CVI ; CFD; C/SiC ; FEM; simulation
امروزه کامپوزیت‌های سرامیکی با خواص خارق العاده‌ای که در دماهای بالا دارند، کاربرد گسترده‌ای در حوضه‌های گوناگون برای آنها موجود است. از پرکاربردترین این دسته از مواد سرامیک SiC تقویت شده با فیبر کربن است که کاربردهای گوناگونی در صنایع هوافضا دارد. بهترین روش ساخت این دسته از مواد، فرآیند نفوذ شیمیایی بخار است. نفوذ شیمیایی بخار فرآیندی است که در آن یک گاز با نفوذ به درون یک جامد متخلخل، یک جامد دیگر را در آن رسوب می‌دهد و باعث کاهش تخلخل جامد اولیه و تولید یک کامپوزیت می‌شود. این روش بهترین روش تولید کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی است، زیرا سرامیک یک دست‌تری را تولید می‌کند. در این پژوهش ابتدا روش‌های مختلف تولید کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی توضیح داده شده و سپس روش CVI به طور مفصل شرح داده شده است. سپس روابط و پارامترهای انواع فرآیندهای CVI شرح داده شده و پس از آن یک فرایند CVI هم دما هم فشار که قبلا توسط وی و همکاران شبیه سازی شده با استفاده از CFD و به روش المان محدود شبیه سازی شده و نتایج با کارهای تجربی ارائه شده توسط آنها مقایسه شده است. پس از آن اثر تغییرات دما و فشار بر روی فرآیند نفوذ مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از شبیه سازی نشان داده شد که هرچقدر دما و فشار فرایند بیشتر باشد سرعت اولیه فرآیند افزایش می یابد ولی به دلیل کاهش تخلخل در نواحی بیرونی تر قطعه که منجر به کاهش نفوذ در قطعه می شود در فشارها و دماهای بیشتر پس از مدتی سرعت کاهش تخلخل، کاهش می یابد. پس اگر تخلخل زیاد و دانسیته کم قطعه مورد نیاز باشد باید برای افزایش سرعت فرآیند، فرآیند را در دماهای بالاتر و فشار بیشتر انجام داد و اگر تراکم زیاد قطعه مورد نیاز باشد باید از دما و فشار کم در فرآیند استفاده شود تا نفوذ ناپذیر شدن قطعه در اثر افزایش تخلخل دیرتر اتفاق بیفتد. در نهایت یک روش جدید رسوب و نفوذ شیمیایی بخار پیشنهاد شد و با استفاده از شبیه سازی CFD مورد بررسی قرار گرفته و مزایا و دستاوردهای این روش جدید مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شد که با این روش پیشنهادی می توان در سریع ترین زمان ممکن به تخلخل های بسیار پایین و دانسیته ی بالا دست یافت. کلمات کلیدی: نفوذ شیمیایی بخار، کامپوزیت ماتریس سرامیکی، CVI، C/SiC، CFD، شبیه سازی، حل عددی، المان محدود، FEM

ارتقاء امنیت وب با وف بومی