论文部分内容阅读
多热源合成碳化硅炉炉内温度分布、热量传递及温度梯度变化对碳化硅产品的产量、质量和能耗都有重要的影响。因此,研究合成炉内温度场规律和工艺条件对合成炉温度场的影响,采取一定措施改善生成碳化硅的温度区域,对于从根本上提高碳化硅的产量和质量,降低产品能耗和安全生产具有重要的意义。 对传统的单热源合成炉(Acheson炉)和课题组研究发明的多热源合成炉的温度场进行了传热分析,进行了简化、假设和约定,确定了初始条件和边界条件,建立了数学模型。采用有限元法建立了单热源合成炉和多热源合成炉温度场的有限元几何模型和数值计算模型。分析了所建立的数学模型与ANSYS软件数学基础的一致性,表明采用ANSYS软件对多热源合成炉温度场进行数值模拟研究是可行的。 通过查表及相关运算,确定了采用ANSYS软件所需的热性能参数。通过模拟及实验研究了单热源合成炉温度场随时间和功率的变化规律。分析了不同炉型多热源炉温度场的温度分布、热流量及温度梯度的模拟结果的差异,表明多热源合成炉炉芯之间的热屏蔽作用、温度场叠加作用及相互之间的保温作用是其具有节能、提质和高产等优点的内在原因,并通过实验进行了验证;模拟探讨了不同供电功率时,多热源合成炉内温度分布、热量传递和温度梯度的变化状况,表明供电功率对合成炉的温度分布、热量传递和温度梯度变化具有重要的影响,确定了模拟炉型的最佳供电功率,多热源合成工艺实验表明实验结果和模拟结果基本相符;研究了立体四热源炉内温度场随时间的变化趋势,表明供电时间对炉内温度分布状况和碳化硅反应区域的大小有影响。 研究了热源数目趋于无穷时的合成炉温度分布、热流量和温度梯度的演变规律。表明随热源数目的增多,热源之间的温度场叠加区域的温度分布趋于一致,热流量和温度梯度很小且趋于一致。热源数目为无数多个时,炉芯之间的温度大小一致,炉芯之间温度场成为一个均匀的温度场。利用无数多个热源温度场的启示,提出将导电体掺入反应料使之导电发热合成碳化硅材料的方法,即无芯炉法。 对提出的无芯炉合成碳化硅材料的方法的进行了实验验证研究。研究了反应料配比、供电功率和供电时间等供电制度对碳化硅合成的影响;采用XRD和SEM等 分析测试手段分析了合成的不同类型碳化硅产品的微观形态和特性,并指出了其可--_能的应用领域。