化学气相渗透工艺(CVI）被广泛地应用于制备碳纤维增强碳基(碳/碳)复合材料,本文主要研究了 CVI工艺热解碳沉积的动力学机理及数值模拟。本文首先提出了基于基元反应的非均相反应机理,用以预测热解碳沉积的CVI过程,它包含72个表面组分和277个表面基元反应。通过反应流分析得到非均相反应和均相反应的主要反应路径。通过对比实验结果表明现有的非均相反应机理的合理性,且在该实验条件下,乙炔,乙烯和苯是主要的热解碳沉积的前驱体。本文通过耦合均气相反应机理和总括反应机理,来模拟甲烷在模型孔中的热解碳沉积过程。运用包含总括反应机理及氢气抑制模型的热解碳沉积模型,对甲烷在模型孔中的化学气相渗透过程进行模拟。在温度1373 K和1398 K,甲烷压强10～20 kPa,停留时间0.08 s和0.2 s下,沿模型孔深度方向的热解碳平均沉积速率的模拟结果与文献报道的实验结果得到了较好地吻合。模拟结果表明热解碳平均沉积速率随甲烷压强和模型孔深度的增加而增加,且通孔的沉积速率要低于相应实验条件下一端闭孔的模型孔沉积速率。本文在温度为1223K,总压强40kPa(N2:C3H6 = 9:1)和停留时间0.56 s下,以丙烯为前驱体在包含有一列内径为1.0 mm和长度31.0 mm的模型孔的石墨基板中裂解沉积生成热解碳。经75 h沉积实验后,对沿模型孔方向在模型孔内壁的热解碳沉积厚度进行测量。耦合详细气相反应机理和平行连续反应机理,对在模型孔内的丙烯裂解的热解碳沉积过程进行模拟。由模拟结果可知,通过减少气体停留时间可以减缓热解碳的表面封孔。对模型孔入口处的热解碳的织构进行测量,同时,通过动力学Monte Carlo(KMC)方法模拟热解碳织构的形成,并分析停留时间和基体表面对热解碳织构转变的影响。由计算结果表明,热解碳织构受停留时间和基体表面活性位共同影响。而且,经过一段时间沉积实验,热解石墨的表面覆盖有一层一定厚度的中织构热解碳,导致了高织构和中/高织构热解碳界面的形成。本文在温度1343 K,甲烷压强30 kPa,以二维编织布与三维随机分布毡作为预制体沉积120 h。通过模拟计算再现该两种预制体沉积过程中预制体孔隙不断填充并获得其结构参数,提出了预制体的孔隙结构演变模型。基于多步化学反应模型和氢气抑制模型,通过耦合对流-扩散方程,层流Navier-Stokes方程和孔隙结构的演变模型,实现了瞬态三维模拟甲烷的化学气相渗透过程。通过与实验结果的对照,很好地验证了致密后预制体密度的模拟结果。