渗硅碳化硅材料的制备与性能研究

采用不同工艺制备渗硅碳化硅,分析了生坯密度、成型方法、颗粒级配等对制品结构及性能的影响.结果表明:恰当的生坯结构及合理的成型方法、烧成制度,是制备结构致密均匀、气孔率低、密度及强度高的渗硅碳化硅材料的关键.     

重结晶碳化硅制品等静压成型研究

传统的重结晶碳化硅制品成型方式,以干压成型、注浆成型、可塑成型为主,研究了重结晶碳化硅制品的等静压成型工艺。等静压成型重结晶制品,是将重结晶碳化硅制品的原料:50~200μm的碳化硅粒度砂和5~20μm的碳化硅微粉按一定比例,加上粘结性较强的水溶性纤维素和聚乙烯醇,加入成型模具,利用等静压机成型出密度高、强度大的重结晶碳化硅制品素坯。通过实验、测试分析、结果讨论,研究了成型压力、保压时间以及粘结剂含量对碳化硅制品素坯密度、强度和素坯和成品的微观结构的影响。通过扫描电镜分析:等静压成型的重结晶碳化硅制品的素坯和烧成品,致密度高,坯体中很少有气孔。研究结果还表明:随着成型压力增大,密度也不断增大,最佳成型压力为200 MPa;保压时间的长短,对素坯密度、强度也有影响,最佳保压时间为160 s,实验选用粘结剂最佳含量为2%.与传统成型方法相比,冷等静压成型所得的素坯和成品强度大、密度高、坯体均匀。     

低密度高强度炭材料的制备研究

以活化石油焦粉为原料,煤沥青为粘结剂,在不同成型压力和保压时间下制备的生坯样品并焙烧,成功制得高强度炭材料.对样品进行力学性能检测以及SEM,TGDTA,XRD分析,并阐明了活化原料与粘结剂相互作用机理.试验结果表明,随着保压时间和成型压力的增加,生坯体密及焙烧品性能都有所提升.在保压时间为20min,成型压力为200MPa时,焙烧后样品体积密度为1.54g/cm~3,抗压强度119 MPa,抗折强度61 MPa,各项性能均优于未活化石油焦粉原料所制样品.     

基于响应面法的氧化物结合碳化硅材料制备工艺优化

以碳化硅和高岭土为原料,利用原位反应合成法制备了氧化物结合碳化硅材料,并基于响应面法,采用材料显气孔率、常温抗折强度和热震稳定性为评价指标,研究了热处理温度、成型压力和高岭土添加量对材料性能的影响。模型分析及验证性实验结果表明,制备氧化物结合碳化硅材料的最佳热处理温度、成型压力以及高岭土添加量分别为1400℃、80 MPa、10%,在该工艺条件下所制材料的显气孔率、常温抗折强度以及残余强度保持率分别为15.9%、22.7 MPa、45.8%。     

艺术陶瓷材料的制备与性能研究

研究了成型压力、SiC微粉添加量和造孔剂含量对多孔陶瓷体积密度、显气孔率、常温和高温折弯强度的影响。结果表明,多孔陶瓷适宜的成型压力为100MPa,此时,陶瓷材料具有较高的折弯强度和体积密度以及低的显气孔率;随着SiC微粉加入量的增加,陶瓷试样的常温和高温抗折强度都呈现出先增加后减小,然后又逐渐增加的特征,当SiC微粉加入量为40%时,陶瓷试样具有较高的常温和高温折弯强度,且此时的体积密度较高、显气孔率较低。随着造孔剂加入量的增加,陶瓷试样的体积密度逐渐减小,而显气孔率逐渐增加,陶瓷试样的常温和高温抗折强度都呈现逐渐减小的特征;加入相同量的造孔剂的情况下,陶瓷试样的高温抗折强度高于常温抗折强度。     

生坯制备工艺参数对反应烧结SiC组织性能的影响

分析了生坯制备工艺参数对反应烧结SiC显微组织和性能的影响。结果表明:石油焦含量、石油焦和SiC粒径及成型压力影响生坯气孔率与碳含量的匹配,从而决定了反应烧结SiC材料的组织和性能。当石油焦加入量为ωC=10%,SiC和石油焦粒径为42μm。生坯成型压力为140MPa时,可获得最佳的组织及性能配合,材料的断裂强度和密度分别为310MPa和3.11g·cm-3。     

制备工艺对Si_3N_4-SiC材料生坯性能影响

采用氮化硅作为碳化硅材料的结合相的方法制备氮化硅结合碳化硅耐火材料 ,通过对氮化硅结合碳化硅的生坯制备过程的探讨 ,分析了生坯密度、原料粒径级配及制备过程各工艺参数之间的关系 .实验结果表明 ,合适的颗粒级配、较好的颗粒球形度 ,是获得高生坯密度 ,均匀、致密、低气孔率、高强度、高硬度的氮化硅结合碳化硅材料的有效途径     

添加剂对硅砖性能与结构的影响

以硅石为主要原料,以氮化硅、碳化硅、金属硅和熔融石英为添加剂,其添加剂加入量分别为1%、3%、5%。采用石灰乳和铁鳞为矿化剂,试样成型压强为100 MPa,试样烧成温度为1400℃保温3 h。研究了不同添加剂及其含量对试样烧结性能、物相成分、显微结构及抗热震性能的影响。试验结果表明：随添加剂引入量的增加,线变化率与显气孔率呈现先下降转而上升的趋势,抗折强度、体积密度与热震残余强度先上升转而下降,真密度为逐步降低。引入不同含量的氮化硅,其热膨胀率均小于未加添加剂的对比试样。引入5%氮化硅的试样,其鳞石英含量高达80%,显微结构致密。     

添加剂对硅砖性能与结构的影响

以硅石为主要原料,以氮化硅、碳化硅、金属硅和熔融石英为添加剂,其添加剂加入量分别为1%、3%、5%.采用石灰乳和铁鳞为矿化剂,试样成型压强为100 MPa,试样烧成温度为1400 ℃保温3 h.研究了不同添加剂及其含量时试样烧结性能、物相成分、显微结构及抗热震性能的影响.试验结果表明:随添加剂引入量的增加,线变化率与显气孔率呈现先下降转而上升的趋势,抗折强度、体积密度与热震残余强度先上升转而下降,真密度为逐步降低.引入不同含量的氮化硅,其热膨胀率均小于未加添加荆的对比试样.引入5%氮化硅的试样,其鳞石英含量高达80%,显微结构致密.     

粉煤灰烧结砖的成型条件研究

针对粉煤灰坯料的特性采用半干压成型方法，测定了不同成型压力条件下，干坯强度的变化；以及在不同成型压力和不同焙烧温度条件下，烧结砖性能的变化。结果表明：当成型压力由7.3MPa升至19.6MPa时，干坯强度迅速升高，经1000℃、1050℃、1100℃下烧成的烧结砖均出现显气孔率降低、吸水率降低、体积密度升高，抗压强度升高等现象；当成型压力进一步升高后，干坯强度和烧结性能变化较小。这表明19.6MPa为粉煤灰烧结砖成型的最佳压力。     

粉末温压中模具的加热设计及有限元热场分析

为解决粉末温压设备的加热问题,本文通过理论分析和计算采用电加热方式,根据实际需要设计并选择合理可行的模具加热装置。利用有限元前后置处理软件MSC．Patran及分析软件MSC．Marc对温压模具进行热场分析,模拟了模具的温度场状况,通过实验验证了所提出的设计方案及采用有限元分析的可行性。     

石墨烯电加热元件热/力耦合性能

现有的电加热防/除冰组件存在着能耗高、柔性差及升温速度慢等问题,给飞机机载能源提出了较高的要求。以加热元件温升特性、热均匀性为优化目标,获得其最优构型,并提出加热元件的制备工艺。针对加热元件进行了热/力学特性试验,结果表明相较于环境温度,热流密度对加热元件热力学特性影响更大;加热元件在不同力学负载下仍能保持良好的热力学特性。可见基于复合材料的石墨烯电加热元件在飞机防/除冰领域具备优良的应用前景。     

石墨烯复合材料电热除冰实验研究

石墨烯复合材料因其优良的导电性和高导热性,在各个领域均得到了广泛的关注。为研究石墨烯加热膜在电热除冰上的应用,通过实验比较石墨烯和电阻丝作为加热元件时的温升速率;将加热元件制备成可用于电热除冰的加热膜,在相同加热功率下验证两者的发热均匀性;根据自行搭建的电热除冰实验台,研究不同热流密度和结冰温度对石墨烯加热膜除冰效果的影响。实验结果表明：单纯的石墨烯加热元件比电阻丝升温速率快,由石墨烯作为加热元件制备而成的加热膜发热更加均匀;随着热流密度的不断增加,石墨烯加热膜除冰时间越短,效果越好;结冰温度越低,除冰时间越长。验证了石墨烯可以作为一种理想的加热膜材料应用于电热除冰领域。     

发展热离子问题有限元解的收敛性分析

发展热离子问题是由含Ｊｏｕｌｅ热源的热传导方程及具有与热有关的电导率的电流守恒方程组成的非线性偏微分方程组，此方程组具有强的非线性性．本文考虑了对此方程组的数值解问题，用混合元解电流守恒方程，用标准有限元解热传导方程，提出了全离散格式，给出了数值解的误差估计，得到了Ｌ２模意义下的最优误差估计．     

多孔结构导电性能拓扑优化设计与实验验证

针对结构电导率受构型影响、导电性能难以准确评估等问题,提出一种多孔结构导电性能拓扑优化设计与实验验证方法。首先,研究了基于静电场理论的三维数值均匀化方法,实现了对三维多孔结构等效导电属性的评价。其次,基于变密度拓扑优化方法,以体积分数为约束条件,结合均匀化理论建立了微观尺度下多孔结构电导率最大化拓扑优化模型。然后,采用伴随变量法对目标函数进行了灵敏度分析,通过优化准则算法进行了求解,实现了不同初始结构设计和体积分数下多孔结构拓扑优化设计。最后,通过有限元分析和实验进一步验证了多孔结构的等效导电属性。结果表明：本文方法可有效优化多孔结构导电性能。     

油页岩原位开采井筒结构设计

在油页岩原位开采过程中,需要300℃以上高温持续对地层加热数月甚至数年,造成井筒密封完整性失效。目前国内外关于油页岩原位开采的研究集中于加热方式的实验介绍,没有可参考的实钻井筒结构设计。依据吉林松南青一段油页岩的实际情况,设计电加热、注热氮气加热两种不同开发方式下的井筒结构,利用有限元软件对加热体、套管、水泥环、围岩组合体密封完整性模型进行模拟分析。结果表明,采用600℃电加热方式进行开采时,热量传入地层迅速衰减,有效开发半径仅2. 0 m,难以适用于油页岩的开采;采用注热氮气加热开发时,有效开发半径仅5. 0 m,考虑后期压裂,热氮气可通过裂缝有效加热地层,适用于油页岩的开采;套管在加热段热应力可达1 094 MPa,需选用偏梯扣TP110H抗高温套管。     

单井电阻加热采油技术研究

根据电磁场理论、能量守恒原理和两相流原理,给出了单井电阻加热油藏的数学模型。利用数学模拟方法研究了油藏电导率和油层厚度对电热效率的影响以及电阻加热油藏中的温度分布问题,讨论了输入电功率对原油采收率的影响。数值计算结果表明,输入电功率越高,原油采收率增加的幅度越大,随着无因次油藏电导率的减小,电热效率提高,有效加热半径也增大。在电阻加热油藏工艺中应防止电极处出现温度过高的现象     

等温圆柱管式炉加热热流轴向分布计算

本文采用Sparrow-Bedford方法,通过理论分析和编程计算,得到单段加热等温圆柱管式炉沿轴向加热热流分布的算法,克服了以往管式炉炉体等温区小、校验精度低、工作周期长等缺点。使用该算法,合理布置加热元件,可使圆柱管式炉的等温性能获得较大改善。     

电动车用轮毂电机场路耦合分析

针对电路模拟法和电磁解析法难以准确计及铁磁材料磁导率非线性的影响,以及磁场有限元法难以分析外电路为非标准正弦激励等问题,采用场路耦合法分析电动车用轮毂电机特性,将电磁场有限元方程与外电路方程联立求解,充分考虑外电路中时间谐波电流等非线性因素对磁场的影响,实现电磁场量和电气量的直接耦合。推导轮毂电机电磁场与外电路耦合离散方程、机械运动方程以及功率损耗方程,计算其负载感应电动势和功率损耗,对比分析磁场有限元法和场路耦合法计算结果的差异,并研究轮毂电机功率损耗密度的分布规律。分别采用磁场有限元法和场路耦合法计算在不同工况运行时电机的效率特性,通过样机实验对比分析,结果表明:场路耦合法计算结果更准确,证明所用分析方法的正确性。     

稠油开采电加热特种变频器的研究

电加热对于稠油开采具有重要意义 ,但其耗电量很大。为了提高稠油开采中电加热效率及节省电能 ,在分析了稠油井温度分布规律后 ,建立了一种用于电加热特种电缆的电路模型。针对油田稠油开采电加热设备的现状 ,提出了一种可显著提高电加热效率的方法。在理论分析的基础上研制成功了HE381特种变频器 (最大输出功率为 10 0kV·A ,输出频率为 2kHz) ,并在辽河油田进行了工业应用。在多口稠油井的多次现场运行测试证明 ,其节能效果明显优于 5 0 0Hz以下的电加热设备。