Reduzierte kinetische Modelle für die Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase

本文提出了一种基于Kohlenstoff的气相沉积（CVD）和气相渗透（CVI）的化学动力学模型，该模型以CH 4、C2 H4、C2 H2和C3 H6为主要组分的气相沉积体系作为韦尔登的吸附剂。通过对气相反应动力学和沉积反应动力学机理的详细了解，我们可以简化动力学模型，并在CFD程序中实现对气体系统的模拟。气相反应动力学可以从Kohlenstoff的气相反应动力学中得到很大的分析，其中包括元素反应动力学。这是一个非常复杂的系统，它的维度很高，并且可以很好地描述不同系统之间的关系，因此可以进行详细的模拟。设计项目的目的是为了详细了解反应机制（例如Gasphasen- als auch für die Oberflächenprozesse），简化模型，使动力学过程能够进行，并使数值模拟的有效性得到提高。因此，通过一种对内禀低维Mannigfaltigkeiten流形（intrinsic low-dimensional manifold，ILDM）的内禀低维流形（Verfahrens）的求解，以及对内禀低维流形（Verfahrens vorgenommen韦尔登）的变量求解，可以得到一种基于时间的化学动力学简化模型。在前面的研究中，我们发现了Kohlenstoff的Gasphasenabscheidung化学反应动力学。在此基础上，本文提出了一种新的时间间隔分离系统，解决了语言和时间间隔的自动化设计问题，并提出了在CFD程序设计韦尔登中简化模型的实施策略。这是对CVI/CVD-Prozess动力学过程的简化，是对CVI和CVD-Prozessen韦尔登的模拟和优化。

Gegenstand dieses Vorhabens sind Modellreduktionsstrategien für die chemische Kinetik bei der Gasphasenabscheidung (CVD) und chemischen Gasphaseninfiltration (CVI) von Kohlenstoff, wobei verschiedene Systeme mit den Hauptkomponenten CH4, C2H4, C2H2 und C3H6 beispielhaft als Eduktgase betrachtet werden sollen. Ausgehend von detaillierten Reaktionsmechanismen für die Gasphasenkinetik und die Deposition werden reduzierte kinetische Modelle entwickelt, die dann zur Simulation des Gesamtsystems in CFD-Programmen (CFD – Computational Fluid Dynamics) implementiert werden.Die chemische Kinetik der Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase beinhaltet eine sehr große Anzahl verschiedener chemischer Spezies, die in mehreren tausend Elementarreaktionen miteinander reagieren. Da das zu lösende System von Erhaltungsgleichungen eine sehr hohe Dimension aufweist und zusätzlich die stark unterschiedlichen Zeitskalen eine Steifheit des Differentialgleichungssystems bedingen, verbietet sich eine detaillierte Simulation wegen des nicht zu bewältigenden Rechenzeitaufwandes. Das Ziel des beantragten Projektes ist deshalb, ausgehend von detaillierten Reaktionsmechanismen (sowohl für die Gasphasen- als auch für die Oberflächenprozesse) reduzierte Modelle abzuleiten, die die kinetischen Prozesse zuverlässig abbilden, jedoch zugleich einfach genug sind, um bei der numerischen Simulation effizient eingesetzt werden zu können. Hierzu soll eine zeitskalenbasierte Dimensionsreduktion der chemischen Kinetik unter Verwendung des Verfahrens der intrinsischen niedrigdimensionalen Mannigfaltigkeiten (intrinsic low-dimensional manifolds, ILDM) und verschiedenen Varianten des Verfahrens vorgenommen werden, bei dem nur der detaillierte Mechanismus, sowie der Grad der Vereinfachung bekannt sein müssen, während die Modellreduktion durch eine Entkoppelung der schnellen und langsamen Zeitskalen automatisch erfolgt. In Vorarbeiten wurde die Dynamik der chemischen Reaktionen bei der Gasphasenabscheidung von Kohlenstoff untersucht. Basierend auf den Ergebnissen, die zeigen, dass das System eine große Zeitskalenseparation aufweist, sollen im beantragten Projekt automatische Entkoppelungsverfahren für die langsamen und schnellen Zeitskalen, sowie Implementierungsstrategien für die reduzierten Modelle in CFD-Programmen entwickelt werden. Ziel ist die Bereitstellung reduzierter Kinetiken für den CVI/CVD-Prozess, die die chemische Kinetik in Abhängigkeit von wenigen Reaktionsfortschrittsvariablen beschreiben und dann zur Simulation und Optimierung von CVI und CVD-Prozessen genutzt werden.