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    ISSN 1002-0322
    CN 21-1174/TB
    1964年创刊(双月刊)
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1. 罗茨真空机组预抽阶段的抽气特性比较研究
张世伟, 高雷鸣, 李润达, 满永奎, 杜远鹏, 王波, 许祖近
真空    2022, 59 (1): 1-6.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.01
摘要203)            收藏
针对罗茨泵真空机组在启动预抽阶段的三种工作模式——旁通式、直通式和变频式,分别建立了简化计算模型,推导得出罗茨泵进入正常稳态工作之前罗茨机组的有效抽速计算公式,以及被抽容器的抽气时间计算方法。通过一个计算示例,对比得出了三种不同启动预抽方式的压力-时间曲线,结果表明,直通式、旁通式、变频式工作模式下容器的抽气时间依次减少,变频启动方式比目前较多采用的直通式启动方式节省抽气时间46.58%。
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2. 电子束增材制造设备及应用进展*
吴凡, 林博超, 权银洙, 陈玮, 杨洋
真空    2022, 59 (1): 79-85.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.15
摘要201)            收藏
电子束增材制造是增材制造技术的主要方向之一,它在真空中进行,具有能量利用率高、零件残余应力低等优势,在航空航天、医疗领域获得较为广泛的应用。介绍了两种电子束增材制造方法——电子束选区熔化和电子束熔丝沉积,总结了设备、电子枪、工艺、材料组织调控等方面的研究与应用进展,并对电子束增材制造技术的发展进行了展望。
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3. 浸渍阴极的真空预处理技术*
刘燕文, 孟鸣凤, 陆玉新, 朱虹, 王国建, 赵恒邦, 王小霞, 张志强
真空    2022, 59 (1): 54-58.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.10
摘要165)            收藏
本文总结了用于真空微波电子器件的浸渍阴极的蒸发规律,通过分析提出了浸渍阴极预处理工艺,建立了超高真空装置。在超高真空环境下,将浸渍阴极灯丝加热,使阴极温度升高到1100~1200℃,保持1~200h(温度和时间依不同微波管型而定)。预处理工艺解决了浸渍阴极发射与蒸发的矛盾,现已建立数十台、几十个工位的浸渍阴极预处理设备,大大提高了微波真空电子器件中电子枪的绝缘性能,减小了栅发射。浸渍阴极预处理工艺还可以加速检验热子的可靠性,从而避免微波器件在使用过程中才发现热子短路、热子缺陷及热子焊接点不牢等因素造成热子断路的问题,提高了微波真空电子器件中热子的可靠性。
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4. 约瑟夫森结工艺系统*
熊康林, 冯加贵, 夏慧枝, 杨慧永, 赵宇坤, 陆书龙, 张永红
真空    2022, 59 (2): 1-5.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.01
摘要163)            收藏
超导电子学和超导量子信息等领域的核心元器件是约瑟夫森结,这是一种超导体/介质层/超导体三层结构的非线性器件。超导量子比特常用铝/氧化铝/铝结构的结,在量子芯片上制备这种约瑟夫森结,需要在衬底不离开真空环境的条件下,实施离子束刻蚀、样品方位角可调的电子束蒸发、气氛可控氧化等工艺过程。自主研发的约瑟夫森结工艺系统是一套集成了三个工艺腔室的超高真空系统,样品可以自动在不同腔室中传输并完成三种工艺过程,系统的工艺性能经过了验证。
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5. 热丝CVD法制备金刚石涂层刀具的研究现状*
万书宏, 林晶, 冯帅
真空    2022, 59 (1): 40-47.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.08
摘要138)            收藏
金刚石涂层刀具具有优异的硬度、耐磨性及导热性,在军事、航空航天等高精尖应用领域加工石墨、高硅铝合金、碳纤维增强塑料等难切削材料时无可替代,但目前金刚石涂层刀具存在两个问题:一是涂层与刀具间膜基结合力较差,导致涂层在使用中过早脱落;二是涂层表面粗糙度较大,难以保证被加工面的平整度与尺寸精度。本文从增强涂层结合力与降低涂层粗糙度两方面,将近年来科研人员对HFCVD法制备金刚石涂层的研究成果加以综述,并分析了各种因素对金刚石涂层刀具性能的影响。
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6. 新式布局的真空等轴晶精密铸造炉
宋静思, 喻石亚, 陈久强, 杜腾飞, 滕龙, 李秀章, 王杰, 张哲魁
真空    2022, 59 (1): 74-78.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.14
摘要122)            收藏
本文论述了一种新式布局的真空等轴晶精密铸造炉,该设备是为了替代传统立式等轴晶精密铸造炉,用于生产薄壁、大尺寸铸件及低温浇铸件等。它采用了卧式布局、内置模壳加热器、同轴水冷电缆、线圈平移机构等一系列创新理念与技术。该设备还具有良好的扩展功能,通过更换功能部件可实现细晶铸件的生产。
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7. 基体偏压模式对CrN薄膜结构和阻氢性能的影响*
张辉, 王晓波, 张炜鑫, 巩春志, 田修波
真空    2022, 59 (1): 18-23.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.04
摘要116)            收藏
为了避免金属材料因为氢扩散而导致的失效,通常在其表面制备氧化物或氮化物等的阻氢薄膜,而薄膜的微观组织、晶体结构等对其阻氢性能的影响显著。本文在不锈钢基体上制备出CrN阻氢薄膜,系统研究了高/低基体偏压调制模式对CrN薄膜结构和阻氢等性能的影响。采用高功率磁控溅射技术在四组基体偏压模式下分别制备了具备一定高温抗氧化性的CrN阻氢薄膜。结果表明:20min×3模式下薄膜为双层结构,其余均为单层薄膜;基体偏压为100V和500V时,膜层受离子的轰击效果差别很大;10min×6模式下因为频繁地变换基体偏压,柱状晶来不及生长就被打碎,膜层最薄,但晶粒细化,膜层致密度最高;20min×3模式下,薄膜的氢抑制率最高,达到95.7%,氢原子的扩散系数最小,相比于316L不锈钢基体降低了3个数量级;四种基体偏压模式下,CrN薄膜的高温抗氧化性能区别不大,其单位面积氧增重均约为316L不锈钢基体的一半,即实验制备的CrN薄膜抗氧化性能比316L不锈钢基体提高1倍,其均具备优异的高温抗氧化性能。
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8. 管道断面外形对亚音速真空管道磁浮系统气动特性的影响*
宋嘉源, 李田, 张继业, 张卫华
真空    2022, 59 (1): 7-12.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.02
摘要112)            收藏
亚音速真空管道磁浮系统内部流场复杂,研究管道断面外形对气动效应的影响至关重要。基于计算流体力学,考虑流体粘性与列车悬浮间隙建立了三维亚音速真空管道列车空气动力学模型,数值模拟并对比分析了四种不同断面外形管道内的气动力、流场和气动热效应。4种典型的管道外形为圆形、马蹄形、矩形和拱形。研究结果表明:当阻塞比一定时,列车在拱形管道中受到的气动阻力最小,其次为圆形管道,矩形管道内的列车气动阻力最大;圆形管道内垂直方向的压力梯度最小,管道表面压力最低;亚音速真空管道磁浮系统中最高温度分布在列车鼓包两侧,最低温度分布在管道表面;不同断面外形对温度分布的影响较小。在管道断面面积一定的情况下,优先推荐选用拱形管道,其次为圆形管道。
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9. 喷雾冷冻干燥技术与设备发展现状*
杨杰, 彭润玲, 郭俊德, 王鹏, 尹沙沙
真空    2022, 59 (2): 72-80.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.14
摘要107)            收藏
喷雾冷冻干燥技术近几年发展较快,在食品、医药、材料等领域都有广泛的应用,但是相应的喷雾冷冻干燥设备却发展较慢,在一定程度上限制了喷雾冷冻干燥技术的发展。本文首先介绍了喷雾冷冻干燥技术的原理与特点,及其应用现状,然后重点介绍了喷雾冷冻干燥设备的现状,分析了现有的各类喷雾冷冻干燥设备的优势和不足之处,并总结了近几年典型的喷雾冷冻干燥过程数学模型,探讨了喷雾冷冻干燥技术目前存在的问题和今后的发展方向。
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10. 用于电子束蒸镀金属银膜的钨坩埚改造
付学成, 乌李瑛, 栾振兴, 毛海平, 王英
真空    2022, 59 (3): 41-45.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.09
摘要106)            收藏
采用钨坩埚和电子束蒸发设备蒸镀金属银薄膜时,银在熔融状态下和钨坩埚是浸润的,坩埚内熔融金属的液面呈凹陷形状。这类凹陷形状的蒸发源,常常会导致被沉积薄膜的均匀性变差。根据固体表面微结构会改变液体与固体接触角的理论,本文尝试用化学腐蚀的方法在光滑平整的钨坩埚内壁上加工出沟槽阵列,来改变熔融金属材料与钨坩埚内壁的接触角,从而改变液态银与钨坩埚壁的浸润性。结果表明,当沟槽宽约1mm,深约0.5mm,周期约2mm时,熔融的金属银和钨坩埚内壁不再浸润。用改造前和改造后的钨坩埚分别蒸镀厚度100nm的银膜,发现改造后的钨坩埚可以有效提高蒸镀薄膜的均匀性。
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11. β-Ga2O3/p-SiNWs异质结光学特性与电学性质研究
张杰, 邓金祥, 徐智洋, 孔乐, 段苹, 王晓蕾, 孟军华, 李瑞东, 张晓霞, 孙旭鹏, 杨子淑
真空    2022, 59 (1): 33-39.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.07
摘要106)            收藏
氧化镓(Ga2O3)是一种宽禁带的半导体材料,超大的禁带宽度(4.9eV)、较高击穿电场强度和高热稳定性,使其成为一种很有应用前景的材料。本文以p型硅纳线阵列(p-SiNWs)为衬底,使用磁控溅射法制备了β-Ga2O3/p-SiNWs异质结,探究了其光学与电学性质。与纯Si相比,p-SiNWs表现出优良的“陷光”特性,其反射系数约为纯Si的1/6,且随着p-SiNWs长度的增加,反射系数逐渐降低。室温下光致发光光谱(PL)测试发现,异质结在551nm附近出现典型的绿色发射峰。β-Ga2O3/p-SiNWs异质结具有明显的整流特性,在V=1.40V时其整流系数高达1724,随着p-SiNWs长度增加异质结理想因子逐渐增加,最佳理性因子为1.98。通过计算 logI-logV图对其电荷传输机制进行了探究。退火可以提高β-Ga2O3薄膜的结晶度,从而提高异质结的电学特性。
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12. 磁控溅射制备大面积ZnO薄膜性能的研究
刘沅东
真空    2022, 59 (1): 29-32.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.06
摘要105)            收藏
通过磁控溅射氧化锌陶瓷靶材的方法在玻璃基片上制备ZnO薄膜,研究了溅射功率、溅射气压以及基片温度对ZnO薄膜相结构、禁带宽度及光学性能的影响。使用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜相结构,使用台阶仪测试薄膜厚度,采用薄膜测试仪测试薄膜的透过率,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜表面形貌。结果表明:不同制备条件下均形成具有(002)择优取向的ZnO薄膜;工艺参数主要对薄膜的透过率造成影响;溅射功率的大小影响生成薄膜的完整性。
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13. 真空试验设备真空温度参数联合检测的自动化实现
田虎林, 余荣, 刘文异, 刘守文, 王欢, 杨振, 张玮, 卢耀文
真空    2022, 59 (1): 59-63.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.11
摘要104)            收藏
为实现真空试验设备真空和温度参数的自动化检测,本文通过研制真空试验设备计量系统,采用在真空试验设备内部布置高精度铂电阻温度计,同时在设备真空接口处布置高精度全量程真空计实现数据准确测量,上位机利用Labview编程实现自动采集真空、温度的测量数据,从而解决了真空试验设备的真空和温度参数的计量检测自动化实现的难题。
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14. 基于unity3D平台的虚拟真空获得设备性能测试系统开发
胡戎兴, 章恒, 余清洲, 舒晓冬, 干蜀毅
真空    2022, 59 (3): 20-24.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.05
摘要101)            收藏
开发了一套虚拟仪器实验系统。其基于unity3D平台,实现了设备虚拟化、模拟实验操作、人机交互等功能,满足了学校教学及企业员工培训的要求。开发的系统有两种形式,一是VR场景实现,二是客户端APP形式,分别适用于不同场景,满足不同的教学培训需要。借助VR的新型教学、培训方式也为以后此类平台的开发提供参考。
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15. 实验优化设计中频反应溅射Al2O3:Ce薄膜发光性质研究
廖国进, 闫绍峰, 仪登利, 戴晓春
真空    2022, 59 (1): 24-28.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.05
摘要100)            收藏
为了得到最优发光的薄膜材料成分参数,采用均匀设计和二次通用旋转组合设计相结合的方法建立发光强度与薄膜中氧含量和Ce3+离子掺杂浓度的回归方程,并用遗传算法求其取最大值时的解。用中频反应磁控溅射技术制备了相应成分的Al2O3:Ce非晶薄膜。在320nm光激发下,获得了较理想的发射光谱,对薄膜发光机理分析表明:薄膜的光致发光来自于Ce3+离子的5d1激发态向基态4f1的两个劈裂能级的跃迁。发光强度强烈的依赖于薄膜的掺杂浓度和氧元素含量。XPS检测表明,Al2O3:Ce薄膜中存在Ce3+。Ce3+含量和薄膜的化学成分是通过X射线散射能谱(EDS)测量的。薄膜试样的晶体结构应用X射线衍射分析。
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16. 第二十一讲 真空卷绕镀膜
张以忱
真空    2022, 59 (1): 86-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.16
摘要98)            收藏
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17. 新型碳纳米管微焦点电子源研究*
祝维, 陆群旭, 钱维金, 黄卫军, 董长昆
真空    2022, 59 (1): 48-53.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.09
摘要98)            收藏
介绍了一种基于碳纳米管场发射的新型微焦点电子源技术。利用激光烧蚀镍金属表面使内部未氧化的镍金属熔化喷出暴露于基底表面,再通过化学气相沉积制备出直径约为350μm的半球壳型碳纳米管薄膜阴极。场发射测试表明,电子源具有低开启电场(<1V/μm)、高发射电流(可达1A/cm2)和高压强发射稳定等特点。通过复合石墨烯和750℃真空高温退火,高压强发射稳定性得到进一步提高。该工作提供了一种制备强流微尺度场发射阴极的有效途径。
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18. 集成电路制造用制冷机低温泵发展现状
冯欣宇, 杨杨
真空    2022, 59 (2): 42-47.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.09
摘要97)            收藏
以GM制冷机为核心部件的低温泵是一种超高真空获得设备,凭借其自身的特点与优势,已广泛应用于集成电路制造工艺与设备中。近年来,中国集成电路制造装备及成套工艺快速发展,作为重要零部件的低温泵需求量也随之增大。介绍了国内集成电路制造中进口低温泵产品的技术发展现状,并对比了不同产品的技术特点。阐述了国产低温泵进军集成电路制造业的历程与现状。
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19. 卫星柔性贮存方法*
刘胜, 王凯, 任国华, 孙立臣, 师立侠, 刘兴悦
真空    2022, 59 (1): 13-17.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.03
摘要96)            收藏
针对卫星在厂房内不进行土建改造且具备随时解封与重密封能力,并且实现环境受控的贮存条件要求,文章提出一种基于柔性贮存方式的解决方案,针对贮存要求与相关标准,设计出一套柔性贮存系统,主要包含可变式支撑骨架、柔性密封薄膜以及监控系统几部分。对支撑骨架进行机械与电气设计,以及结构强度的有限元仿真计算;对柔性密封薄膜的密封性能、强度性能、不同气体渗透情况等进行了调研、分析与试验验证;对贮存环境监控系统的软硬件部分开展具体设计,使其实现贮存环境下温度、湿度、压力、洁净度、氮浓度等参数的实时监测与存储,以及环境数据的分析功能。整个系统各部分采取模块化设计,空间大小可调节、监测传感器配置可根据需求进行增减,不同模块之间可在各系统之间实现自由移植,实现通用化。通过基于该柔性贮存系统的贮存方案实施,首次实现卫星整星在环境可控条件下的长期柔性贮存工作。
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20. 一种小型真空弧离子源的触发放电结构优化研究*
胡圣, 郁杰, 王亮, 李刚
真空    2022, 59 (2): 11-16.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.03
摘要95)            收藏
在对一种小型触发型真空弧离子源的研究过程中发现,稳定的触发过程对真空弧离子源的主弧形成以及后续离子引出过程是至关重要的。传统触发结构为简单的触发极、绝缘体和阴极堆叠而成的“三明治”结构,触发过程为绝缘体表面的沿面放电过程,该结构若要实现稳定的触发需要很苛刻的外加条件。优化触发结构可有效提高离子源工作稳定性,降低电源要求及成本。针对以上情况,文章提出了一种新的触发放电结构,并论证了其触发放电的稳定性。
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21. 基于智能复合镀膜设备的控制系统设计*
杨素霞, 沈文卓
真空    2022, 59 (1): 68-73.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.13
摘要92)            收藏
本文结合复合镀膜设备及镀膜工艺特点,详细分析了复合镀膜设备镀膜工艺流程以及过程中容易产生能耗和污染的问题。并在此基础上,根据设备真空系统、工装和水冷系统、控制系统以及设备各个源的协同作用进行了系统设计,通过PLC和LabVIEW软件协同设计和实现了智能复合镀膜设备自动控制系统,以保证镀膜设备和工艺生产的稳定性及可靠性,从而提高镀膜产品的质量,节约能源,减少对大自然的污染物排放量。节能对比试验表明,与普通设备相比,智能复合镀膜设备一次抽真空过程就节约了电能约25kW·h,该智能复合镀膜设备控制系统能够很好地降低能耗和污染。
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22. 超低温温区热连接方式试验研究
罗威, 李卓慧, 周晓东, 王晓占, 孙成恺, 关阳, 靳兆峰, 刘海静
真空    2022, 59 (1): 64-67.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.01.12
摘要89)            收藏
为验证超低温温区不同热连接方式对深冷辐射源的降温影响程度,搭建了超低温温区真空热试验系统,对三种型式的热连接件的超低温导热特性进行了试验。结果表明:40K以下高纯铜与铝呈现出极好的超低温导热特性;在结构允许的前提下,可通过增大热连接件导热截面积、缩短导热路径、降低热连接件热容的方式来降低冷屏降温时间;同时可通过采用柔性热连接件实现冷屏的非定向结构优化。研究结果可用于指导深冷辐射源结构优化与非定向深冷辐射源设计,为深冷辐射源试验的开展提供试验数据。
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23. 双螺杆真空泵新型正弦螺旋线型螺杆转子的设计与分析*
赵玺皓, 赵利壮, 王君, 李雪琴, 崔锋, 王增丽, 耿茂飞
真空    2022, 59 (3): 1-6.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.01
摘要87)            收藏
现有螺杆转子的截面型线有尖点且接触线不连续。针对该问题,同时为了简化截面型线的组成,本文采用正弦螺旋线光滑连接齿顶与齿根圆弧,进而提出了一种新型全啮合的正弦螺旋线型螺杆转子。构建了正弦螺旋线及其共轭曲线的啮合模型,进而推导得到了截面型线的方程。分析了新型截面型线的半径比和螺旋线中心角对双螺杆真空泵工作性能的影响,并给出了其合理的取值范围。结果表明,所提出的新型全啮合螺杆转子的截面型线完全光滑,空间接触线连续,有利于提高双螺杆真空泵的性能。
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24. 氦质谱检漏在印刷板式换热器中的应用
孙鹏远, 荀华宝, 付文, 董升朝, 徐哲
真空    2022, 59 (2): 21-25.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.05
摘要79)            收藏
本文针对印刷板式换热器的结构特点和密封性要求,通过检漏方法选择、漏率指标设定和漏率计算完成了印刷板式换热器检漏方案的制定。根据制定的检漏方案,完成了印刷板式换热器实际产品的氦质谱检漏工作,实测漏率满足验收要求。经水压试验和气压试验验证,漏率指标设定合理,检漏工艺可靠。
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25. 基于动网格的空间快速减压过程流场数值模拟与分析*
王军伟, 龚洁, 丁文静, 徐靖皓, 顾苗, 张立明
真空    2022, 59 (2): 32-37.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.07
摘要78)            收藏
空间快速减压过程研究及其效应评估和应对防护技术是未来实现临近空间探索、深空探测等重大国家探索工程所必须面临的难题。面向快速减压环境地面模拟装置的研究需求,为了更真实更准确地分析减压过程气体流场特性,预测减压及平衡时间,提出了基于动网格技术的数值模拟方法,完成了特定减压地面模拟装置的仿真分析。结果表明:泄压阀门在尚未完全开启到位时,两舱室的压力已基本持平,弯头在泄压初期平均压力损失较大而后期趋缓。基于动网格技术的分析方法可克服传统方法对泄压阀门开启过程中预测能力不足等问题,可有效获取泄压全周期过程的气体流动特性及压力变化规律。
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26. 高精度梯度控温系统应用研究
孙成恺, 刘海静, 路同山, 李灿伦, 李卓慧, 高泽天, 王国防
真空    2022, 59 (2): 17-20.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.04
摘要78)            收藏
为满足某型号航天产品热真空试验中梯度控温需求,设计了一套高精度梯度控温系统。系统由热沉、加热器及配套的控温系统等组成,可实现载荷等产品梯度控温需求,控温精度可达±0.2℃。本文介绍了该系统控温结构的设计、温控结构框架、PID控温原理。采用该系统对产品分区进行梯度控温试验,试验中系统运行稳定可靠,结果表明该系统满足产品分区梯度控温需求,控温精度高。
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27. 载人航天器舱门检漏技术研究*
张海峰,孙立臣,汪力,刘恩均,史纪军,孙立志
真空    2022, 59 (4): 8-11.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.02
摘要77)            收藏
载人航天器舱门是航天员及货物进出航天器密封舱的通道,一旦发生泄漏,将影响载人航天器正常运行,甚至威胁航天员生命安全。为了确保载人航天器舱门的密封性能,必须要在发射前进行严格的检漏测试。针对载人航天器舱门的特殊结构,本文主要介绍了用于门体与门框密封圈、舱门整体、舱门部件及局部的检漏方法,形成了一套适用于载人航天器舱门研制过程的检漏技术,可以满足神舟飞船、空间站、登月舱等载人航天器舱门检漏要求。
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28. 等离子体处理对氰酸酯基复合材料表面性能影响研究*
孟超, 岳守晶, 轩立新, 薛洪明, 高震, 王新超
真空    2022, 59 (2): 6-10.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.02
摘要75)            收藏
采用等离子体处理技术对不同作用距离下的石英纤维/氰酸酯复合材料表面进行活化处理,考察了等离子体处理工艺参数对复合材料表面接触角的影响,以及等离子体处理前后表面形貌、性能和膜基结合强度的变化规律。研究结果表明:经氮气、氩气等离子体处理后,复合材料表面接触角明显减小,均随作用距离减小呈下降趋势,且氩气的活化效果比氮气的好;工艺参数对复合材料表面接触角影响重要程度依次为气压、电压、时间,在一定范围内增加气压、电压,延长处理时间,复合材料表面接触角变小,活化效果越好;等离子体处理后,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和弯曲强度无变化,没有损伤复合材料的本征性能;等离子体处理后,复合材料表面粗糙度和比表面积增大,复合材料与Al镀层的膜基结合强度显著提升。
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29. 真空试验压力变化数值模拟研究
刘胜, 崔寓淏, 窦仁超, 师立侠, 孙立臣, 任国华, 闫荣鑫
真空    2022, 59 (3): 12-15.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.03
摘要74)            收藏
如今越来越多航天器真空试验过程中需要检测试验件内部气体压力,虽然直接安装传感器进行测量最有效且最准确,但是某些试验件内部无法安装传感器,使得直接测量的方法难以实现。本文利用蒙特卡洛方法,对分子流状态下试验件内部压力变化进行数值模拟。建立了试验件几何模型,考虑了试验件材料放气,计算了分子流状态下试验件内部真空度随时间的变化规律,最终得到真空试验过程中试验件内部压力变化过程。本文为航天器真空试验过程中某一特定位置压力值的预估提供了理论依据。
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30. 超灵敏度检漏技术在高抽速自动排气系统中的应用
田明利, 邱立, 董云宁, 陈俊儒, 陈又琦, 唐榕, 张吉峰
真空    2022, 59 (3): 63-67.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.13
摘要72)            收藏
为解决行波管排气和真空封装工艺过程中的微小漏率检测问题,将超灵敏度检漏技术集成在高抽速自动排气系统中。设计的装置主要由主真空系统、外真空及烘箱系统、累积比较检漏系统、标准气体流量系统及控制系统等组成。排气系统设计为八工位结构,空载时极限真空度达到超高真空范围,烘箱可进行高温加热,该系统采用程序控制,具有自动采集、存储、分析和传输功能,实现排气工艺全过程自动化。标准气体流量系统可提供5×10-7~5×10-16Pa·m3/s范围的标准气体流量,集成的超灵敏度检漏下限可达5×10-16Pa·m3/s,整套装置对行波管漏率检测结果的合成标准不确定度小于15%。
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31. 双离子束溅射ITO薄膜在电磁屏蔽窗口中的应用*
王松林, 杨崇民, 张建付, 李明伟, 米高园, 赵红军, 贾雪涛
真空    2022, 59 (3): 46-51.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.10
摘要71)            收藏
为了研究ITO薄膜在宽角度电磁屏蔽激光窗口中的应用效果,采用双离子束溅射镀膜技术在不同工艺条件下制备了ITO薄膜,根据薄膜的光电性能测试结果,分析了氧气流量、辅助离子源、基片烘烤温度等工艺条件对ITO薄膜透光性和导电性的影响。用Ti2O3和SiO2作为高、低折射率材料,ITO薄膜作为电磁屏蔽膜层,在K9玻璃基片上设计了对2~18GHz电磁波高效屏蔽的0°~45°宽角度入射的1064nm激光窗口膜层,并利用双离子束溅射技术在合适的工艺条件下完成了薄膜的制备。测试结果显示,制备的薄膜透光性和电磁屏蔽性能良好,具有一定的耐酸性,适合作为高效电磁屏蔽、0°~45°宽角度入射的1064nm激光窗口膜层。
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32. 复合分子泵涡轮级参数对氦质谱检漏仪性能的影响研究*
李博, 侯德峰, 王晓冬, 巴德纯
真空    2022, 59 (4): 1-7.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.01
摘要71)            收藏
复合分子泵作为氦质谱检漏仪的重要部件,其自身的几何参数在影响抽气性能的同时,也影响着检漏仪的检测性能。本文基于分子泵抽气基本理论,建立复合分子泵涡轮级的计算模型,通过改变叶片倾角、叶片数目、叶片高度和叶片厚度,分别计算了复合分子泵涡轮级对空气和氦气的抽气性能,研究了复合分子泵涡轮级参数对氦质谱检漏仪检测性能的影响。结果表明:减小叶片倾角、增加叶片数目和叶片高度、增大叶片厚度有利于氦质谱检漏仪检测灵敏度的提高;综合考虑分子泵的抽气性能和氦质谱仪的检测灵敏度,选取叶片倾角25°,涡轮叶片数目25个到30个,叶片高度3mm,叶片厚度0.6mm到0.8mm最优。
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33. 半球谐振子金属化镀膜残余应力的测量方法及影响因素研究*
朱蓓蓓, 刘青, 秦琳, 楚建宁, 陈肖, 汪学方, 许剑锋
真空    2022, 59 (2): 55-61.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.11
摘要69)            收藏
半球谐振子金属化镀膜是半球谐振陀螺制造的重要工艺环节。镀膜过程所产生的薄膜残余应力对谐振子Q值有较大影响,决定着半球谐振陀螺零偏稳定性等最终性能。本文采用X射线衍射法测量薄膜残余应力,研究了镀膜工艺参数和膜层厚度对残余应力的影响,结果表明:薄膜残余应力均呈压应力状态;随着沉积速率的增大,薄膜应力先增大后减小,有转化为拉应力的趋势;随着膜层厚度的增加,薄膜应力先略微减小再增大;基底温度对残余应力的影响无明显规律。本文的研究对薄膜残余应力与谐振子Q值关系模型的建立具有重要指导意义。
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34. 喷射循环热风加热的变压器真空干燥技术
乔保振, 于胜斌, 于清明, 张保国, 隋兴华, 乔木, 张世伟
真空    2022, 59 (2): 38-41.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.08
摘要68)            收藏
喷射循环热风加热干燥技术是用压缩空气喷射驱动替代传统风机的扰动,实现热风循环对流换热、加热变压器的真空干燥技术。该技术克服了传统热风循环和变压法干燥技术的缺陷,从物理原理上提高了变压器热风循环干燥的技术性能。对于提高干燥设备的加热效率、防止铁心生锈、改善温度分布、保证干燥系统真空度有显著效果。
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35. 单晶高温合金铸件尺寸效应实验研究
刘晓功, 姜楠, 郝齐赞, 罗亮, 史振学, 骆宇时
真空    2022, 59 (3): 80-85.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.16
摘要67)            收藏
采用相同的熔炼工艺和定向凝固工艺,制备了直径分别为15mm和30mm的单晶高温合金圆柱形试样,测试了两种铸件尺寸合金在980℃/250MPa的持久性能和800℃的高周疲劳性能。采用光学显微镜、扫描电子显微镜与透射电子显微镜对不同直径单晶铸件试样的枝晶形貌、铸态与热处理γ′相组织、显微孔洞、持久与高周疲劳断口和断裂组织进行了研究。结果表明:随着铸件尺寸增大,合金的一次枝晶间距增加,铸态组织和热处理组织中γ′相尺寸增大,显微孔洞数量和尺寸增加;同时,合金在980℃/250MPa条件下的持久性能降低,其断裂机制无明显变化,均为韧窝断裂;随着铸件尺寸增大,持久断裂组织中显微裂纹数量和尺寸增加,γ′相筏排厚度增加,合金的高周疲劳性能降低,其断裂机制均为类解理断裂。最后讨论了合金性能与其显微组织的关系。
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36. 面向聚变堆排灰气的直线型水银扩散泵抽气性能DSMC模拟研究*
廖泽宇, 毛世峰, 赵长莲, 叶民友
真空    2022, 59 (2): 26-31.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.06
摘要67)            收藏
在德国卡尔斯鲁厄理工学院提出的KALPUREX(Karlsruhe liquid metal based pumping process for fusion reactor exhaust gases)流程中,利用直线型水银扩散泵实现对聚变堆排灰气的连续抽气,从而解决使用捕集式低温泵带来的高氚滞留量问题。为了支持直线型水银扩散泵的设计研究,基于直接模拟蒙特卡洛方法开展了直线型水银扩散泵的抽气性能模拟研究。基于早期实验中的直线型水银扩散泵结构,模拟了空气的抽气速率及水银返流率,并分析了其随压强变化的原因。针对聚变堆排灰气中可能包含的氢(作为氢同位素的代表)、氦、氖、氩等气体,分别模拟了直线型水银扩散泵的抽气性能。模拟得到的不同气体的抽气速率与气体摩尔质量间的关系基本符合理论预测。
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37. 高深宽比硅台阶落差结构的精密成型
丁景兵, 黄斌, 何凯旋, 赵三院
真空    2022, 59 (2): 81-84.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.15
摘要66)            收藏
针对MEMS深硅台阶刻蚀产生硅草导致器件短路的问题,分析了硅草形成的原因,通过对深硅台阶刻蚀的主要工艺参数,如刻蚀钝化时间、Ar物理轰击设置单因素实验,提出一种基于Bosch工艺,即采用周期性“刻蚀-钝化-预刻蚀”进行精密台阶结构落差成型的方法,该方法主要通过大幅度提高预刻蚀偏置功率和合理配置刻蚀钝化时间来进行实验。结果表明:在预刻蚀偏置功率100W、预刻蚀时间0.8s的工艺条件下,可以有效的抑制硅草的产生;台阶刻蚀完成后再采用SF6刻蚀气体对台阶侧壁清扫10s,确保硅草去除完全,此时获得的台阶落差结构平整光滑,刻蚀的梳齿垂直度优于90°±1°。该方法具有重复性好、工艺简单的特点。
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38. CSNS反角白光中子源真空系统*
王鹏程, 孙晓阳, 敬罕涛, 黄涛, 刘佳明, 刘顺明, 谭彪
真空    2022, 59 (3): 7-11.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.02
摘要65)            收藏
在中国散裂中子源(CSNS)大科学平台中,利用高能质子加速器产生的1.6GeV高能质子轰击固体钨靶,在靶前产生的反向中子束流,经质子通道返回,并引出到中子实验区,被称为反角白光中子源(Back-n),其具有能谱宽(0~200MeV)、中子产额大(2×1016n/s)等特点,适合进行核数据测量等高能物理研究。该反角白光中子源真空系统,由和高能质子束流共用的26m超高真空系统和专供中子束流通过的54m高真空系统组成,两个真空系统采用不同的真空获得方案和工艺路线,并用中子束窗隔开,在超高真空侧安装有超高真空插板阀,避免中子束窗损坏后影响加速器的运行。本文介绍了该真空系统的设计及运行情况,其建成为白光中子源的实验研究提供了良好的真空条件。
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39. 基于ANSYS的MEMS离子源测试用高真空腔设计与分析*
周缘, 冉澳, 吴奕恒, 谢元华, 刘坤
真空    2022, 59 (3): 16-19.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.04
摘要64)            收藏
设计了一种适用于MEMS离子源测试用的高真空腔体。根据目前质谱测试用高真空腔的相关研究,针对高真空获得能力、保持能力及频繁使用的简便性,综合考虑结构强度、内壁出气等因素,选用了同时满足强度与低出气率的筒型结构。基于ANSYS软件,综合分析了高真空下该腔体的结构稳定性及危险点分布,确定了优化的腔体壁厚选择范围。该研究可为高真空腔体的设计提供理论依据。
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40. 钯金属薄膜制备方法的研究现状与进展*
王冬远, 周甜, 陈强, 刘忠伟
真空    2022, 59 (5): 7-13.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.05.02
摘要62)            收藏
近年来,钯金属薄膜由于具有电阻率低和催化活性高等优异性能引起人们的广泛关注,钯及其合金薄膜在集成电路互连应用、氢传感、储氢和催化方面获得了越来越多科研工作者的兴趣。目前已有诸多制备钯金属薄膜的研究,本文重点介绍了利用物理气相沉积技术、化学气相沉积技术、原子层沉积技术以及等离子体辅助原子层沉积技术制备钯薄膜的研究现状,讨论了各种制备方法的优缺点,对所使用的前驱体作了总结,并展望了钯薄膜制备技术未来发展趋势。
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41. 表面形貌对PVD法制备涂层结合性能的影响*
常振东, 邓仲华, 孙荣臻, 牟仁德, 胡江玮
真空    2022, 59 (3): 52-56.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.11
摘要61)            收藏
为了研究基体表面形貌对PVD方法制备的涂层与基体结合性能的影响,观察了喷砂处理后基体表面的显微形貌,测试了涂层与基体的结合力,测量了沉积完成后涂层的物相及硬度,并对不同基体表面形貌对涂层结合性能的影响机理作了分析研究。结果表明:水喷砂和干喷砂处理后,基体表面均形成“V”型凹槽形貌,分别表示为θ1型和θ2型(θ1<θ2,θ为凹槽开口宽度与槽深之比);不同表面形貌对涂层与基体的结合性能影响较大,但不会改变涂层的物相结构,不影响涂层的致密度和本征应力;根据形核机理,θ1型时,在“V”型槽上部边缘处形核生长的原子阻碍其他原子大量进入,导致“V”型槽底部中空;而θ2型时,大量原子进入槽中,伴随着原子的扩散运动,形成了几乎完全填满的“V”型槽结构,从而增大了涂层与基体的结合面积,提升了涂层与基体的结合性能。
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42. 第二十一讲 真空卷绕镀膜
张以忱
真空    2022, 59 (2): 85-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.16
摘要61)            收藏
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43. 不同厚度Cr/CrN粘结层对铜合金表面碳基薄膜性能影响的研究*
徐天杨, 李振东, 詹华, 司彦龙, 刘继彬, 汪瑞军
真空    2022, 59 (2): 48-54.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.10
摘要61)            收藏
为提高铜合金表面硬质薄膜的抗冲击性能,在KK3铜合金表面制备了不同厚度Cr/CrN粘结层的铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)碳基薄膜,采用扫描电镜、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和连续冲击试验机分别分析了 Cr-DLC薄膜的截面形貌、微观结构、力学性能以及抗冲击性能。结果表明:Cr-DLC薄膜的残余应力、弹性模量、结合强度及抗冲击性能等与Cr/CrN粘结层厚度存在密切关系;铜合金表面Cr-DLC薄膜的残余应力随着粘结层厚度的增加先降后升,当粘结层厚度为1.01μm时,薄膜的残余应力最小,仅为-0.47GPa,硬度与弹性模量分别为11.68GPa和144.54GPa;薄膜的结合强度随粘结层厚度的增加呈先升后降的趋势,当粘结层厚度为1.01μm时结合强度最高,达到了50N;经30000次连续冲击试验后,不同厚度Cr/CrN粘结层的Cr-DLC薄膜样品表面均出现冲击坑,且中心区域均出现一定面积的薄膜剥落,其中粘结层厚度为1.01μm的Cr-DLC薄膜样品冲击坑体积最小,仅为9.241×106μm3,表现出最好的抗冲击性能。综上,针对铜合金表面不同厚度Cr/CrN粘结层的Cr-DLC碳基薄膜,当Cr/CrN粘结层厚度为1.01μm,总厚度不大于8μm时,其抗冲击性能最好。
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44. 一种用于真空电弧熔炼的稳弧电源
王庆, 侯景岳, 李宏
真空    2022, 59 (2): 66-71.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.02.13
摘要60)            收藏
本文介绍了一种新型的稳弧电源实现方案,不但对理论基础、主电路拓扑、DSP(Digital Signal Processing)和CPLD(Complex Programmable Logic Device)等高性能芯片组成的控制系统进行了较为详细的介绍分析,还给出了部分具体的控制软件程序和电路实现方式。最终根据设计思路研制出试验样机,其输出波形的测试结果较为理想,验证了设计方案的合理性和可行性。
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45. 快速减压环境模拟系统中减压时间的近似计算方法
李卓慧, 路同山, 刘家林, 孙松刚, 董栋, 施承天, 李灿伦, 张蕊
真空    2022, 59 (3): 25-28.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.06
摘要56)            收藏
为了预测快速减压环境模拟系统中舱内气体压力下降的时间,依据流体力学孔口出流原理,建立了快速减压近似理论计算模型,并给出了数值迭代计算方法,同时利用有限元仿真方法对压力平衡过程进行分析,搭建了一套试验系统,在不同试验条件下,将两种分析方法得出的结果与试验数据进行对比,验证了计算方法的正确性及可行性。
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46. CSNS II离子源及LEBT真空系统*
刘顺明, 宋洪, 王鹏程, 刘佳明, 关玉慧, 谭彪, 孙晓阳, 陈卫东, 刘盛进, 欧阳华甫
真空    2022, 59 (4): 22-27.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.05
摘要56)            收藏
CSNS II加速器的束流打靶功率从100kW升级至500kW,要求直线加速器平均束流功率从目前的5kW提高到25kW,脉冲束流强度从目前的12.5mA提高到大于40mA。为此,需将当前使用的潘宁(Penning)型表面负氢离子源更改为射频(RF)负氢离子源。考虑到切束器的切束比范围在35%~50%,LEBT通过率可达到75%~95%,故RF负氢离子源需要产生至少50mA的负氢离子束。负氢离子源氢气用量也需要由目前的10sccm提高至不低于20sccm,同时要求LEBT第二腔真空度≤5.0×10-3Pa。基于此,本文对离子源及LEBT真空系统进行了改造,提高了LEBT的束流通过率。并且对比了国内外两款磁悬浮分子泵对氢气的抽速,为后期分子泵的选型以及国产化替代提供一定的参考。
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47. 调制结构对Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜性能的影响*
谌曲平, 林松盛, 刘灵云, 郭朝乾, 石倩, 汪云程, 吕亮, 刘若愚, 易出山
真空    2022, 59 (3): 29-34.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.07
摘要52)            收藏
为提高钛合金的服役性能,采用真空阴极电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备不同RCr-CrN:RCr-CrAlN调制比的多层膜。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪和砂粒冲蚀试验仪检测并分析了多层膜的截面形貌、结构、厚度、硬度、结合力、残余应力和抗砂粒冲蚀性能等。重点研究了RCr-CrN:RCr-CrAlN调制比对多层膜性能的影响。结果表明:所制备的多层膜厚度均在7~8μm,过渡层约1.5μm厚,单一周期厚度在150~200nm;膜层均呈现(200)择优生长面心立方结构;随着Cr-CrAlN层占比的增加,膜层的硬度、残余应力和膜基结合力均相应地上升;在90°攻角下不同调制比的多层膜未完全破损前,其抗砂粒冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,而在30°攻角下多层膜的抗砂粒冲蚀能力则约为TC4基材的8倍;RCr-CrN:RCr-CrAlN调制比为1∶2时所制备的多层膜具有最佳的综合性能。
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48. 舱内失压情况下航天员穿着舱内航天服时的热舒适度仿真研究*
方明元, 武越, 张洋, 许忠旭
真空    2022, 59 (4): 80-85.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.15
摘要52)            收藏
舱内航天服是航天员在舱内失压情况下维持生命的重要保障。在长时间的失压状态下,航天员的热舒适度问题是需要重点考虑的因素之一。本文基于集总参数法建立了舱内航天服热模型,联合Fiala模型建立了人-舱内航天服热模型,并使用国内试验数据验证了模型仿真的正确性。通过人-舱内航天服仿真计算,得到了不同舱内失压条件下航天员穿着舱内航天服时的热舒适度和通风气体湿度等指标的变化规律,提出了系统优化方案,为我国应急舱内压力防护系统的设计和生保方案的制定提供了参考。
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49. 第二十一讲真空卷绕镀膜
张以忱
真空    2022, 59 (4): 86-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.04.16
摘要52)            收藏
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50. Zr55Cu30Al10Ni5非晶薄膜的制备与性能研究*
辛先峰, 刘林根, 林国强, 董闯, 丁万昱, 张爽, 王棋震, 李军, 万鹏
真空    2022, 59 (5): 1-6.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.05.01
摘要52)            收藏
非晶薄膜由于其优异的性能而被广泛研究,如不粘性和耐腐蚀性,这对于大块金属玻璃形成能力强的Zr55Cu30Al10Ni5成分来说尤为突出。本文以Zr55Cu30Al10Ni5块状金属玻璃为靶材,通过直流磁控溅射制备非晶合金薄膜,研究了不同溅射功率对薄膜力学性能、不粘性、耐蚀性和表面粗糙度的影响。结果表明,在磁控溅射功率为75~165W的范围内,可以获得高质量的非晶态薄膜,其硬度达到~9.2GPa,弹性模量~164GPa,硬弹性比~0.055,自腐蚀电流密度~1.16μA·cm-2,自腐蚀电位-241.27mV,最大润湿角104°。这些性能数据与文献报道的接近,硬度甚至更高,证实该薄膜具有用于不粘和抗腐蚀方面的良好潜力。
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