بررسی عددی اثر ضخامت قالب بر توزیع چگالی و دما درفرایند تولید نمونه بالک HfB₂ با استفاده از تف جوشی پلاسما جرقه ای (SPS)

در این پژوهش عددی، اثر ضخامت قالب گرافیتی بر چگالی جریان و توزیع دما در فرایند تف جوشی پلاسما جرقه ای (SPS) نمونه HfB₂ بررسی شد. شبیه سازی با روش المان محدود در نرم افزار COMSOL Multiphysics برای سه ضخامت ۷، ۱۷ و ۲۷ میلی متر انجام گرفت. معادلات حاکم بر انتقال حرارت و جریان الکتریکی با در نظر گرفتن وابستگی خواص به دما حل شدند. در این فرایند، دمای مورد نیاز برای تف جوشی در اثر گرمایش ژول داخل سیستم تامین می گردد. نتایج نشان داد بیشترین چگالی جریان در نواحی تماس سنبه با جداکننده متمرکز است. در قالب های نازک تر، دمای مرکز نمونه بیشتر بوده و گرادیان حرارتی شعاعی کمتری مشاهده می شود. در قالب های ضخیم تر، با افزایش مقطع عبوری جریان، چگالی جریان کاهش یافته و توان تولید حرارت کاهش پیدا می کند. همچنین تلفات تابشی افزایش یافته و بخشی از انرژی صرف گرم کردن حجم بیشتر قالب می شود. توان مصرفی برای رساندن نمونه به دمای مرجع ۹۰۰ درجه سانتی گراد (به عنوان معیار مقایسه) از ۱۱۵۹۱ وات در ضخامت ۷ میلی متر به ۱۸۳۰۶ وات در ضخامت ۲۷ میلی متر افزایش یافت. انتخاب ضخامت مناسب قالب نقش کلیدی در کاهش گرادیان حرارتی، افزایش یکنواختی دما، کاهش مصرف انرژی و دستیابی به ریزساختار مطلوب در فرآیند SPS دارد.

کلیدواژه ها:

سرامیک های فوق دما بالا ، تف جوشی پلاسما جرقه ای ، شبیه سازی عددی ، توزیع دما ، دی بوراید هافنیوم