吉林大学学报(工学版)

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基于ANSYS的金刚石合成腔内的温度场分析

李瑞1,2;马红安1;韩奇钢1;任国仲3;尹斌华1;刘万强1;贾晓鹏1   

  1. 1.吉林大学 超硬材料国家重点实验室,长春 130012; 2.长春理工大学 材料科学与工程学院, 长春 130012; 3.湘潭大学 材料与光电物理学院,湖南 湘潭 411105
  • 收稿日期:2007-01-28 修回日期:2007-04-28 出版日期:2008-05-01 发布日期:2008-05-01
  • 通讯作者: 贾晓鹏

Analysis of temperature field in diamond synthetic chamber based on ANSYS

Li Rui1,2; Ma Hong-an1,2; Han Qi-gang1;Ren Guo-zhong3;Yin Bin-hua1; Liu Wan-qiang1;Jia Xiao-peng1
  

  1. 1.National Lab of Superhard Materials, Jilin University, Changchun 130012,China; 2.College of Materials Science and Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130012, China; 3.Faculty of Material & Photoelectronic Physics, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China
  • Received:2007-01-28 Revised:2007-04-28 Online:2008-05-01 Published:2008-05-01

摘要:

利用有限元程序ANSYS对金刚石片状块合成腔体内的温度场进行了全瞬态热电耦合分析。考虑到锤温对金刚石合成效果的影响,通过创建载荷步文件,实现了锤温的加载。腔体中心温度的时间历程曲线表明,初始锤温越高腔体温度到达热平衡态就越快,这种关系将直接影响到金刚石的成核与生长。结点温度的数值结果表明:金刚石合成腔内的温度分布呈中心高、四周低的趋势,且轴向温差为80 ℃,径向温差为50 ℃。而单元生热率及热流密度的数值结果表明,腔体边界上的对外热传导是温度不均匀分布的主要原因。

关键词: 高压合成, 有限元法, 工业金刚石, 温度场

Abstract:

Using finite element analysis softerware ANSYS, the transient thermal and electrical coupling analysis is carried out on the temperature field inside the chamber in which diamond is synthesized using flaky catalyst. The influence of the anvil's temperature on the synthetic effect of diamond is taken into consideration, and a load step document is created to realize the anvil's temperature loading. The timehistory graph of the temperature in the centre of the chamber illumates that the higher the initial anvil's temperature is, the quicker the chamber temperature reaches thermal equilibrium state. This relationship directly affects the diamond's nucleation and growth. Numerical nodal temperature indicates the tendency that, inside the synthetic chamber, the centre temperature is higher than elsewhere; the axial temperature difference is about 80 ℃, and radial temperature difference is about 50 ℃. Numerical analysis of unit heat generation rate and thermal flux density is conducted. Results show that the chamber's boundary extermal thermal conduction is the primary factor that leads to temperature ununiformity distrubtion inside the chamber.

Key words: synthesize under high pressure, finite elements method, industry diamond, temperature field

中图分类号: 

  • TQ164
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