3D Simulation of the Manufacturing Process for Composites with a SiC-matrix

SiC 基复合材料制造过程的 3D 模拟

• 批准号: 164459468
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Eckart Schnack
• 金额: --
• 依托单位: Bereich Dynamik / Mechatronik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2008-12-31 至 2012-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/164459468?language=en
• 关键词: 3D; Simulation; Manufacturing; Process; Composites

Die Morphologie und das Verteilungsmuster der Ablagerungen Si, C und SiC sind Herausforderung für die Forschung auf dem Gebiet Herstellung von SiC mit dem Verfahren der chemischen Gasphaseninfiltration (CVI-Verfahren) unter Verwendung vom Methyl-Trichlorsilan (CH3SiCl3, MTS) als Präkursor. Die Morphologie und das Verteilungsmuster sind sehr wichtig für die Eigenschaften des Endprodukts. Auf der Grundlage mehrerer Vorgängerprojekte zur 2D Phasenfeldmodellierung mit dem Verfahren der isothermen Gasphaseninfiltration (ICVI) zur Herstellung von C/C und SiC/SiC Verbundwerkstoffen wurde in den ersten beiden Jahren ein Multi-Phasen-Feld-Modell formuliert, welches die chemische Gasphasenabscheidung von SiC mit Si-Überschuss und/oder mit C-Überschuss beschreibt; die treibende Kraft für die Entstehung der einzelnen Komponenten wird aus thermodynamischen Berechnungen hergeleitet. Nun wird das Modell für die Simulation des bei der industriellen Anwendung weit verbreiteten Verfahrens der chemischen Gasphasenabscheidung mit thermischem Gradienten (TGCVI) durch Einbeziehung der Wärmebilanz unter Berücksichtigung von Schwankungen im Wärmefluß erweitert. Die thermodynamischen und die kinetischen Parameter für das Modell werden experimentell ermittelt, soweit sie nicht durch thermodynamische Berechnungen zugänglich sind. Bei der 3D Multi-Filament-Simulation wird die Parallelisierung durch Gebietszerlegung mit der adaptiven hp-FEM herangezogen. Parallel zu den Simulationen werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Diese werden zwecks Charakterisierung der Mikrostruktur und Optimierung der Prozessparameter im TGCVI-Verfahren implementiert. Die experimentelle Untersuchung der Abscheidung von SiC wird im Labormaßstab vom Forschungsinstitut für Verbundwerkstoffe an der Universität Shanghai (SHU) in China durchgeführt.

Si、C和SiC复合材料的形态学和稳定性研究是利用甲基三氯硅烷（CH 3SiCl 3，MTS）作为原料进行化学气相渗透（CVI-Verfahren）的方法研究SiC颗粒的基础。形态学和垂直运动对于最终产品的特征是非常重要的。基于C/C和SiC/SiC复合材料的等温气相渗透（ICVI）二维相模型的基本原理，在第一个现代多相模型的基础上，研究了含Si和/或含C的SiC的化学气相渗透特性。用于单个组件的Entstehung的三种牛皮纸将由一种特殊的Berechnungen hergeleitet生产。目前，该模型可用于工业应用中的化学气相沉积（TGCVI）模拟。模型韦尔登实验的动力学参数和运动学参数是确定的，因此它们不可能通过非线性模型产生。在三维多纤维模拟中，采用自适应有限元方法进行网格划分。并行的韦尔登实验可以在实验中进行。这韦尔登是微结构的特性和TGCVI-Verfahren实现过程参数的优化。在中国的上海大学（SHU）的研究所进行了SiC材料的实验研究。