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    ISSN 1002-0322
    CN 21-1174/TB
    1964年创刊(双月刊)
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1. 掺杂氧化铪基薄膜铁电性能的研究进展*
乌李瑛, 刘丹, 付学成, 程秀兰
真空    2024, 61 (1): 10-20.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.02
摘要217)            收藏
铁电薄膜的研究多集中于钙钛矿结构材料,然而,这些传统的铁电材料存在与硅Si兼容性差、含铅而污染环境、物理厚度大、电阻低、带隙小等问题。不同的掺杂剂,如Si、Zr、Al、Y、Gd、Sr和La可以在HfO2薄膜中诱导铁电或反铁电性,使其剩余极化率达到45 µC·cm-2,矫顽力(1~2 MV·cm-1)比传统铁电薄膜大约1个数量级。同时,HfO2薄膜厚度可以非常薄(低于10 nm),并具有很大的带隙(约5 eV)。这些优于传统铁电材料的特质可以克服包括铁电场效应晶体管和三维电容传统铁电材料等在薄膜存储器应用中的障碍。除此之外,反铁电薄膜的热电耦合性将有望用于能量收集、存储、固态冷却和红外传感器等多种应用中。HfO2掺杂薄膜可以通过不同的沉积技术如ALD、溅射和CSD来制备,其中ALD技术沉积的薄膜优势更加明显。本文综述了近年来掺杂HfO2薄膜材料铁电性和反铁电性的研究进展,详细介绍了不同掺杂元素、薄膜厚度、晶粒尺寸、电极、退火及应力等对薄膜铁电性的影响。
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2. 多元稀土掺杂YSZ热障涂层的热物理和热循环性能研究*
黄光宏, 甄真, 王鑫, 牟仁德, 何利民, 许振华
真空    2024, 61 (2): 1-9.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.01
摘要113)            收藏
4.5wt.%Gd2O3-5.5wt.%Yb2O3-10.5wt.%Y2O3-79.5wt.%ZrO2(GdYbYSZ)稀土复合氧化物陶瓷是一类适用于更高温度下潜在应用的新型热障涂层(TBCs)材料。采用高温固相合成法制备了GdYbYSZ陶瓷粉体和陶瓷块材,在1 100 ℃和1 300 ℃煅烧不同时间后GdYbYSZ陶瓷粉末无相变,具有非常优异的高温相稳定性。在1 200 ℃时,GdYbYSZ陶瓷块材的平均热扩散系数和平均热导率分别比同等温度下YSZ陶瓷块材降低了2.1%和5.1%。采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺在单晶合金(Ni,Pt)Al粘结层表面制备了GdYbYSZ新型热障涂层。沉积态GdYbYSZ陶瓷涂层的主相结构为立方相,有少量游离态Y2O3和ZrO2共存,其Y和Zr元素的相对含量均比靶材中的高,而Gd和Yb元素含量相当。经1 100 ℃长期冷热交替循环后,GdYbYSZ陶瓷层表面出现大量规则分布的“泥巴状”微观裂纹,陶瓷层内滋长的横向裂纹已经扩展到陶瓷层与TGO层的界面处,并引起该界面退化分离。陶瓷涂层的剥落位置主要出现在TGO层上下两个临域的界面处。TGO层严重的褶皱、波动起伏、扭曲交联、凸面尖端应力积聚和快速松弛是引起GdYbYSZ/(Ni,Pt)Al热障涂层体系层间界面分离和剥落失效的关键性因素。
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3. 微阵列结构柔性压力传感器研究进展*
张哲, 李建昌
真空    2023, 60 (5): 13-16.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.02
摘要111)            收藏
柔性压力传感器因形状易控、体积小、机械性能好等优点,成为柔性电子器件领域的研究热点之一。传统工作原理下,除先进功能材料外,微阵列结构的引入对进一步提升器件灵敏度、响应时间等综合性能具有重要意义。本文从材料选择、微阵列分布方式、构造方法及传感特性等方面对微阵列结构柔性压力传感器的研究进展进行了综述。首先,归纳了微阵列构造常用材料;其次,对比了基于不同分布方式的微阵列结构;随后,总结了微阵列结构的制备工艺;最后,重点讨论了几种常见微阵列柔性压力传感器的传感特性机理。未来应进一步从传感器力-电转换机制、多元环境下器件工作稳定性等方面进行深入探究,以期为开发超高性能柔性传感器件提供理论基础。
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4. 负电子亲和势材料及其在冷阴极中的应用*
朱韬远, 魏贤龙
真空    2023, 60 (6): 1-8.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.01
摘要100)            收藏
从20世纪60年代GaAs被首次发现具有负的电子亲和势起,负电子亲和势材料便被广泛地研究并应用于光电发射、二次电子发射以及冷阴极的制备中。相较于传统发射材料,负电子亲和势材料内部导带底高于表面真空能级,使得材料导带中的电子更易于从表面发射到真空中,因此该类型材料成为电子发射的理想材料。本文从定义、主要材料分类以及在冷阴极中的应用三个部分介绍了负电子亲和势材料,并对该材料应用的瓶颈和未来发展方向做了简要总结。
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5. 脉冲阴极弧等离子体及有关特性研究
武洪臣, 杨丽媛
真空    2024, 61 (1): 1-9.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.01
摘要85)            收藏
阴极弧(Cathodic Arcs)是目前多种薄膜及涂层制备工艺的重要物质来源。从阴极表面起弧形成阴极斑点、产生等离子体(相变)、等离子体在真空室中的扩展(输运),到最终在施加偏压的基体上沉积、凝聚形成涂层或薄膜,这一系列环节包含着复杂的物理过程。对这些过程及相关机制的深入分析与认识,无疑会对涂层制备工艺起到重要的理论指导作用。本文简要回顾了人类对阴极弧有关的放电现象的认识过程以及相关涂层的发展历史。对阴极放电机制以及与涂层工艺密切相关的等离子体行为,诸如脉冲阴极弧等离子体速度、鞘层、斜入射与附着系数等问题进行了探讨与实验结果的汇总。旨在为读者对阴极弧及其涂层工艺提供感性认识,为指导科研生产实践服务。
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6. 相对论、量子力学与真空科学技术(三)——对真空背景的研究可能导致21世纪基础物理学的突破
陆国柱
真空    2023, 60 (5): 1-12.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.01
摘要84)            收藏
简略介绍相对论和量子力学的基本原理,引用最新的新闻报导,论述真空科学技术在相对论和量子力学研究中的应用和最新进展。众所周知(包括没写入书本的内容)如:真空是宇宙之母,比宇宙大,比宇宙老;真空是相对论和量子力学的物理环境;真空科学技术是相对论和量子力学研究必不可少的理论和技术。当代物理学正处于伟大变革的前夜,黑洞、暗物质、暗能量、引力波以及粒子起源等等研究难题,向物理学提出了严峻挑战。物理学或许能从深入研究科研难题或者从解决相对论与量子力学的矛盾中获得突破。本文讲述三部分内容:①相对论及真空技术在相对论研究中的应用和最新进展;②梳理以前所学过的知识的思想体系;③量子力学及零点真空能等相关知识。
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7. 液态金属冷却定向凝固/单晶炉的现状与展望
宋静思, 谭永宁, 陈久强, 张哲魁, 孙足来
真空    2023, 60 (6): 61-65.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.10
摘要83)            收藏
首先介绍了液态金属冷却(LMC)定向凝固/单晶炉的主流形式、技术特点及使用现状,然后讨论了以Sn与Al作为介质的LMC定向凝固设备的发展情况,最后对比分析了Sn冷与Al冷定向凝固设备的发展前景。
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8. 浮空器囊体材料的气密性研究
董莉
真空    2024, 61 (2): 68-72.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.12
摘要81)            收藏
浮空器产品的一个重要技术指标是囊体气密性。为了对产品实际加工后的囊体材料气密性进行研究,模拟实际加工工况,对Vectran、尼龙、聚酰亚胺三种不同织物为承力层的囊体材料本体揉搓前后及片幅之间连接处的透氦率进行测试,分析了透氦率变化情况。结果表明:囊体材料透氦率随着揉搓次数及热合缝隙面积增加而增大,含外热合条的缝隙处透氦率与本体材料相当。该结果可用于指导囊体材料的选择、产品的加工及整体泄漏量的评估。
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9. 小微纳卫星微小型电推进系统应用展望*
田立成, 王润福, 王尚民
真空    2023, 60 (5): 29-36.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.03
摘要74)            收藏
随着微机电系统技术与超大规模集成电路等技术的迅速发展,小微纳卫星因较低的成本、可完成一定复杂度的任务成为了当前各国商业航天发展的重要方向,小微纳卫星的在轨机动能力需求牵引了系列化微小型电推进系统的研制与在轨搭载验证。本文首先对小微纳卫星任务对电推进系统的需求进行了论证,随后简述了微小型电推进系统的特点,介绍了国内外微小型电推进系统研制与在轨验证情况,最后对国内微小型电推进系统的研制与在轨应用进行了展望。
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10. 等离子增强磁控溅射制备TiCr基纳米复合涂层的耐冲蚀耐腐蚀性能
李灿民, 张心凤, 魏荣华
真空    2023, 60 (5): 37-41.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.04
摘要70)            收藏
使用等离子增强磁控溅射(PEMS)技术在H13热作模具钢表面制备了TiCrSiCN和TiCrSiCON两种纳米复合涂层。通过Rc压痕法、纳米压痕法、微型喷砂装置和恒电位仪分别测定了涂层与基体的结合力及其韧性、耐冲蚀和耐腐蚀性能,讨论了氧元素的加入对涂层性能的影响。结果表明:TiCrSiCN和TiCrSiCON纳米复合涂层均与基体结合良好;TiCr基纳米复合涂层耐冲蚀磨损性能是H13钢的4~5倍,TiCrSiCON具有比TiCrSiCN更好的耐冲蚀性能;TiCrSiCN、TiCrSiCON、H13钢的极化电阻依次降低;氧元素有利于提高TiCr基涂层与基体的结合力,但会降低涂层的韧性和耐腐蚀性能。
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11. TiAlN硬质薄膜的制备工艺及结构性能研究进展*
徐照英, 张腾飞, 王锦标, 陈巧旺
真空    2024, 61 (2): 29-36.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.05
摘要68)            收藏
硬质TiAlN薄膜作为最有前途的TiN薄膜替代材料,具有比TiN薄膜更高的硬度、低摩擦因数、良好的高温稳定性和耐腐蚀性等优异性能,在石油、刀具、模具、电力、航空发动机等领域得到广泛应用。本文综述了TiAlN薄膜近年来国内外的应用及发展情况,着重阐述了TiAlN薄膜的制备方法,以及工艺参数对TiAlN薄膜性能的影响。同时对TiAlN硬质涂层的结构和性能进行了全面介绍,指出了TiAlN硬质薄膜性能优化的方法,并对TiAlN硬质薄膜的研究以及应用方向进行了展望。TiAlN硬质薄膜会随着科研人员的进一步深入研究以及应用的需求向复合化、多元化、纳米多层结构方向发展。
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12. 一种腰部为椭圆线的罗茨真空泵转子型线设计与分析*
李正清, 韩仙虎, 蔡宇宏, 杨建斌, 李小金, 刘筱文, 王毅
真空    2024, 61 (1): 47-51.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.07
摘要63)            收藏
转子作为罗茨泵的关键零部件之一,对产品的整机性能具有重要影响,而转子设计的核心是转子型线的设计。本文以腰部椭圆线为基础开展转子型线设计,转子位于节圆内的型线由椭圆线构成,位于节圆外的型线由椭圆线的共轭曲线组成。设计中首先确定位于腰部的椭圆线及其啮合角,然后应用两个转子间的啮合关系,分析求解型线位于节圆外的共轭曲线,从而获得整个转子型线。最后,设计了抽速为70 L/s的罗茨泵转子,并分析了转子容积利用率与独立可变参数的关系。该型线与顶部为椭圆线的转子型线相比,容积利用率可大于50%,优势明显。
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13. 喷油螺杆真空泵油气分离系统的设计研究*
李福送, 王文军, 林伟健, 豆璇凯, 陈斌, 赵毅
真空    2024, 61 (2): 73-77.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.13
摘要63)            收藏
针对喷油螺杆真空泵产品进行设计,重点介绍了真空泵油气分离系统的设计方法。根据真空泵的工作原理,结合工程实践,首先拟定油气分离系统组成,以及油气分离罐的结构设计方案;然后针对油气分离罐中重要零件如筒体、法兰等进行详细分析和计算,确定筒体公称直径、厚度等重要参数;之后基于爆破片的结构原理进行选型和计算,确定其爆破压力和排放面积等参数;最后运用三维设计软件完成整个结构的三维模型设计,进一步验证了油气分离系统结构的合理性。
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14. 电子束熔炼用水冷铜坩埚研制
闫超, 张涛, 贾子朝, 成成, 赵国华
真空    2024, 61 (2): 78-85.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.14
摘要63)            收藏
电子束熔炼作为一种优异的真空冶炼技术,其核心部件水冷坩埚的结构设计尤为重要,坩埚的冷却性能将直接影响电子束熔炼的效果及安全。通过理论分析、数值模拟、试验考核,研究了坩埚水道结构、熔池形貌对坩埚冷却能力的影响。通过坩埚选材、熔池利用率分析、能量损耗分析和冷却计算确定了坩埚结构,建立了数值仿真模型,采用模拟计算方式对比了两种熔池形貌的坩埚在不同装料量下的冷却性能,并针对性能优异的坩埚开展了试验考核。结果表明:模拟不同锭厚条件下,坩埚B的冷却水温度和坩埚表面温度较坩埚A均偏低,坩埚B的熔池形状和水道结构匹配更合理,散热效果更好。试验考核过程中坩埚B状态稳定,满足设计要求。
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15. 大尺寸方形载板MOCVD反应腔分气和薄膜沉积过程影响因素的数值模拟研究*
于大洋, 吴改
真空    2024, 61 (2): 22-28.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.04
摘要61)            收藏
介绍了适用于光伏行业砷化镓(GaAs)薄膜电池制备所需的大尺寸方形载板金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应腔的多级分气系统,以及该反应腔结构设计过程中的核心参数:喷淋盘孔尺寸、载板与喷淋盘间距(简称“腔室间距”)。基于自研的容量为36×4寸的MOCVD反应腔模型,应用计算流体力学(CFD)方法,同时考虑GaAs沉积过程中的气相反应和表面反应,对不同孔参数和腔室间距时的气流分配和薄膜化学气相沉积过程进行了数值模拟。考察了跨孔压差与气流量分配均匀性的关系,以及腔室间距对反应区气体流动以及GaAs薄膜沉积的影响。结果表明:初级“蜘蛛”形分气盘将主进气口分配成64个子进气口后的分气均匀性较好,质量流量值波动幅度仅为0.22%;增加喷淋盘孔深度可缓慢且线性提高孔压差,而缩小孔径对于压差的增加非常迅速;增加喷淋盘孔压差可提高次级分气均匀性,但提升效果趋缓;大腔室间距下的沉积速率低,且均匀性差;随着腔室间距缩小,沉积速率持续增加的同时,沉积均匀性先变好,后逐渐由于气流震荡而变差。
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16. 等离子增强磁控溅射制备TiCr基纳米复合涂层的显微组织和性能
李灿民, 董中林, 夏正卫, 张心凤, 魏荣华
真空    2024, 61 (2): 10-15.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.02
摘要60)            收藏
使用等离子增强磁控溅射技术,利用三甲基硅烷TMS(Si-C)以及六甲基二硅氧烷HMDSO(Si-C-O)气体在H13钢表面制备了TiCrSiCN和TiCrSiCON纳米复合涂层。结合SEM、AFM、XRD、EDS等研究了O元素对涂层显微组织、物相组成、表面能、硬度、摩擦因数、耐磨和耐高温氧化性能的影响。结果表明:与无氧的TiCrSiCN涂层相比,含氧的TiCrSiCON涂层表面较粗糙,致密度低,且存在典型的柱状组织,从而导致其较高的表面能;O元素的加入提高了涂层的硬度,使TiCrSiCON涂层的耐磨性能显著提高,但TiCrSiCN和TiCrSiCON的摩擦因数相差不大;TiCrSiCON涂层中的Cr元素易与O元素结合形成一层致密的氧化膜,从而提高了其耐高温氧化性能。
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17. 卷绕蒸镀设备偏置线圈设计及参数分析
尹翔, 陈世斌, 张艳鹏, 刘旭, 龙连春
真空    2024, 61 (2): 16-21.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.03
摘要59)            收藏
在卷绕蒸镀设备生产过程中,电子束引起的较高能二次电子会影响复合集流体的质量。较高能二次电子的发射率与电子束的入射角在一定范围内成正比,因此利用额外磁场可以使电子束轨迹发生偏置,从而减小入射角。本文依靠仿真软件及CAD建模技术对电磁偏置线圈进行了开发设计,通过参数优化,得到匹配的磁场强度以及电子偏置轨迹,成功完成电子偏置线圈的设计。同时对电磁线圈参数对偏置的影响进行了对比分析。结果表明:增加电磁线圈的电流、匝数、尺寸、数量,以及减少线圈与电子枪的距离,都能减少电子束偏置半径。通过优化这些参数可以得到预定入射角度,实现低的二次电子发射率,为将来设备的迭代升级提供设计依据。
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18. 半导体PVD用200mm口径低温泵性能测试研究*
邓家良, 曾环, 杨杨, 冯欣宇, 武义锋
真空    2023, 60 (5): 75-80.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.12
摘要58)            收藏
降温时间、最低工作压力、抽速和抽气容量是低温泵的关键性能参数,本文设计并搭建了综合性能测试平台对200mm口径低温泵ICP200N进行了系统测量和分析。结果表明,ICP200N低温泵降温时间小于90min;无烘烤条件下最低工作压力可达10-7Pa量级,此时主要残留气体成分为H2O和H2。给出了低温泵在PVD实际应用中比较重要的30s恢复容量的测量方法,测得ICP200N低温泵氩气和氮气30s恢复容量分别为820L和590L。设计了一种简易流量校准装置提高了抽速测量精度,测试表明ICP200N低温泵氮气、氩气抽速与国际主流竞品低温泵相当。目前ICP200N低温泵已在国内半导体客户产线PVD装备上获得了批量应用。
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19. 连续带钢真空蒸发镀膜设备设计
孙振华, 赵哲, 王丁, 张帆
真空    2023, 60 (5): 42-46.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.05
摘要55)            收藏
介绍了一种连续带钢真空蒸发镀膜设备,对设备工艺流程以及各部件的结构和功能进行了详细的设计分析。该设备采用真空蒸发镀膜工艺在带钢表面覆盖一层金属薄膜,可显著提高带钢的耐腐蚀性能。经试验验证,该设备成功在钢带表面形成具有优异保护性能的Zn-Mg-Zn复合膜。
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20. 第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术
张以忱
真空    2024, 61 (2): 86-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.15
摘要54)            收藏
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21. 拉曼检测仪器用干涉滤光片综述
刘博文, 高鹏, 王瑞生, 赵帅锋, 任少鹏, 董明, 陈一凡, 秦瑞
真空    2023, 60 (6): 37-41.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.06
摘要53)            收藏
介绍了拉曼检测仪器用干涉滤光片(简称拉曼滤光片)的应用场景和功能,研究分析了其光谱指标对拉曼检测仪器性能和精度的影响,包括光谱透射率、光谱反射率、背景截止度、截止陡度等。为满足拉曼滤光片光学指标的精准光谱测试需求,推荐了分光光度计测试及相关测试参数的设置方法。此外,还介绍了采用溅射镀膜工艺制造高性能拉曼滤光片的方法及优势。最后,对拉曼滤光片的发展进行了总结和展望,为拉曼滤光片在科学研究和产业化应用中提供参考。
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22. 高精度电子束偏转系统优化建立与仿真研究
贾子朝, 郭志伟, 高学林
真空    2024, 61 (2): 47-52.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.08
摘要52)            收藏
电子束的高精度传输控制对于确保电子枪在金属熔炼、蒸发镀膜及电子束焊接等领域的可靠应用具有重要意义。针对电子束在金属物料蒸发环境中的传输控制技术开展研究,基于CST粒子仿真分析软件建立了30 kV电子束偏转模型,分析了偏转装置结构及位置参数变化对电子束分布的影响规律,通过仿真设计优化得到了满足需求的电子束偏转控制参数与结构。试验验证表明该结构下的电子束传输轨迹可控,建立的30 kV电子束偏转系统满足要求。
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23. 一种小型化过程检测质谱仪的设计与研制
沈辉, 于佳佳, 侍尉, 庞骏德, 陈延龙, 景加荣
真空    2024, 61 (2): 53-57.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.09
摘要52)            收藏
质谱仪是气体监测与分析的一种重要仪器。相比于传统气体传感器检测方式,质谱仪具有检测范围广、灵敏度高、响应速度快等优点。本文研制了一台小型化过程检测质谱仪,采用双灯丝电子轰击电离源及四极杆作为质量分析器,检测器部分采用法拉第筒与电子倍增器双模式,电控单元以高频FPGA测控系统、大电流灯丝驱动电源、宽质量范围射频电源及高增益复合跨导放大器为核心。试验测试结果表明,该小型质谱仪各项性能指标优越,已达到市场上主流商品的水平,可广泛用于各类气体检测场合。
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24. 第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术
张以忱
真空    2024, 61 (1): 87-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.15
摘要51)            收藏
微波等离子体 CVD法是制备优质金刚石薄膜的好方法。在微波 CVD装置中,极高频率的微波电场将使气体放电产生等离子体。等离子体中电子的快速往复运动进一步撞击气体分子,使得气体分子分解为 H*和各种活性基团。这些大量的原子氢和活性的含碳基团是用低温低压的 CVD方法沉积金刚石所必需的。
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25. 等螺距螺杆真空泵内气体流动的数值模拟研究*
何天一, 岳向吉, 张志军, 巴德纯, 冯晓荣, 杨帆
真空    2024, 61 (1): 52-57.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.08
摘要50)            收藏
应用计算流体力学(CFD)方法对螺杆干式真空泵进行数值模拟计算,建立了针对螺杆干式真空泵流场的分析方法。对泵腔中流动区域进行三维建模,采用SCORG和ANSYS-ICEM软件对转动域和固定域分别进行了网格划分,利用瞬态模拟方法得到了泵内压力场、速度场和温度场的分布情况,并计算出抽气速率等参数。网格无关性分析结果与理论数据对比表明数值模拟结果可靠,符合预期。
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26. 等离子体技术在金属冶炼还原提纯中的应用
李建军, 孙足来, 宋青竹, 张哲魁, 牟鑫, 葛家希, 尹丹凤, B.A.ШAПOBAЛOB, 许小海
真空    2023, 60 (6): 47-52.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.08
摘要50)            收藏
总结了活泼金属的熔炼提纯方法,概述了等离子束熔炼炉的基本形式和国内外现状,介绍了等离子束冷床与感应冷坩埚复合熔炼技术和感应冷坩埚连铸技术,提出了磁搅拌冷床技术,介绍了等离子体技术在金属冶炼还原提纯中的应用,展望了等离子体技术的未来应用方向。
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27. 类金刚石薄膜抗腐蚀疲劳性能的研究进展*
李国浩, 万亿, 张昕洁, 杜广煜
真空    2023, 60 (6): 22-31.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.04
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类金刚石(DLC)薄膜是一种具有高耐磨性和高化学稳定性的薄膜材料,应用也越来越广泛。随着关键材料部件的服役环境越来越苛刻,关键部件的防护和可靠性面临新的挑战,近年来DLC的抗腐蚀性能越来越被重视。本文聚焦DLC的腐蚀和耐磨机理,归纳了DLC薄膜对合金表面腐蚀防护的研究热点,介绍了应用在材料表面的DLC不同制备方法,简述了单层DLC、多层DLC和掺杂型DLC的结构和防护机理。多层DLC具有很大的研究价值和广泛的应用前景。最后,对当前DLC薄膜对基材表面防护的发展趋势和挑战进行了展望。
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28. 不同温度下氮化铬薄膜的疏水性能研究*
赵祯赟, 陈定君, 郭圆萌, 杨皓, 东帅, 孙铁生, 黄美东
真空    2024, 61 (1): 27-33.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.04
摘要48)            收藏
利用电弧离子镀膜技术,以硅片、不锈钢、玻璃片为基底,在脉冲偏压分别为50 V、100 V、150 V的条件下制备了三组氮化铬薄膜样品,对其物相、表面形貌、力学性能及不同温度下的疏水性能进行了分析研究。结果表明:所制备薄膜样品组分单一,表面存在些许“大颗粒”,当脉冲偏压为100 V时“大颗粒”数量最多;氮化铬薄膜力学性能优良,150 V脉冲偏压下沉积的薄膜具有较高的硬度和杨氏模量,50 V脉冲偏压样品具有较高的膜基结合力;常温(20 ℃)下薄膜疏水性均较好,基底材料对疏水性能影响不大;各组薄膜疏水性能随环境温度的增加而降低,当环境温度上升至80 ℃时脉冲偏压为50 V的薄膜丧失疏水性能, 脉冲偏压为100 V的薄膜样品疏水性能整体较优。
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29. 上海光源光束线液氮单色器真空夹层抽气系统设计
王进伟, 李津铭, 刘俊男, 陈明
真空    2023, 60 (5): 66-70.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.10
摘要47)            收藏
针对上海光源部分光束线液氮单色器真空夹层真空度下降、液氮管路冷量损失引发夹层外壁冷凝滴水、结霜等威胁运行安全的问题,设计了具有真空度反馈控制和定时启动功能的自动抽气系统。模拟计算了夹层外壁不同真空度下的冷量损失及温度分布变化规律,确定了系统工作的真空度阈值等参数。设计的抽气系统当前在束线液氮单色器上运转良好,有助于束线稳定运行。
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30. PECVD法制备石墨烯过程中不同生长阶段H2的作用分析*
黄光宏, 李迪, 李娜, 甄真, 王鑫, 许振华
真空    2024, 61 (1): 34-40.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.05
摘要46)            收藏
石墨烯作为一种性能独特的新型二维材料,在航空航天、电子器件、医学生物等领域具有巨大的发展潜力。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,以铜箔为基底,利用氢气和甲烷混合气体制备了石墨烯,研究了生长及冷却阶段H2对石墨烯形核及生长的作用机理。结果表明:在PECVD过程中,石墨烯生长前采用H2等离子体对铜基底预刻蚀会导致基底粗糙度增加,从而产生较多的形核位点,不利于低密度大尺寸石墨烯晶粒的生长;生长过程中H2会对多层石墨烯刻蚀,较高的H2流量下可以形成单层石墨烯;生长结束后通入H2保温一定时间,石墨烯会被刻蚀成条带状,这种刻蚀随着保温时间的延长而加剧。
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31. 第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术
张以忱
真空    2023, 60 (6): 87-88.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.15
摘要45)            收藏
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32. 不同衬底生长氧化锌纳米棒阵列及其场发射性能的研究*
陈亚威, 董明亮, 钱维金, 涂友情, 黄卫军, 董长昆
真空    2023, 60 (6): 32-36.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.05
摘要44)            收藏
采用低温水热法在五种不同基底上制备得到了氧化锌纳米棒阵列,通过SEM、TEM、XRD、EDS和XPS表征研究了所得产物的微观形貌和元素组成,并对不同基底生长的氧化锌纳米棒阵列进行了场发射性能和附着力测试。结果表明:硅片、导电玻璃、镍片、不锈钢和镍钛合金上生长的氧化锌纳米棒样品的开启电场依次升高;由于氧化锌纳米棒与硅基底之间具有更好的附着性能,硅片基底制备的氧化锌纳米棒场发射性能最好,并显示出最好的发射稳定性,在电流密度0.5mA/cm2下持续工作15h时,其电流波动小于10%。
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33. 基于随机森林模型的真空玻璃保温性能预测*
王元麒, 胡杨刚, 王磊
真空    2023, 60 (5): 55-59.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.08
摘要44)            收藏
真空玻璃的保温性能与传热系数密切相关,但由于环境因素、测量仪器热源温度等不确定因素的干扰,工业领域真空玻璃的传热系数难以测量,大大降低了生产效率和生产精度。通过构建随机森林算法模型预测了真空玻璃的传热系数,通过均方误差(MSE)对结果做了评估。结果表明,MSE为0.004148,随机森林算法是适合本实验的算法,对于真空玻璃传热系数的预测效果良好。通过特征重要性分析,得出了环境因素和主导因素对预测结果的影响,通过将智能算法应用于真空玻璃的生产中,可使测量时间从几小时缩短到5min。
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34. 真空计量的量子化研究进展
郑一鸣, 王旭迪, 吴俊
真空    2023, 60 (6): 9-14.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.02
摘要43)            收藏
欧洲计量创新与研究计划(EMPIR)的量子帕斯卡(Quantum Pascal)项目旨在开发基于光子的真空计量标准,以将压力的国际制单位(Pa)转换为气体密度单位。该项目的主要研究方向包括折射率法、吸收光谱法和冷原子法等基于光学方法的量子真空标准,这些方法各有特点,且都具备高精度和高可重复性的优点。其中,折射率法和吸收光谱法主要基于气体分子在真空中的相互作用机制进行测量,而冷原子法则是利用玻色-爱因斯坦凝聚态的性质进行测量。本文对这些原理和应用装置进行了详细介绍,为量子真空计量技术的发展提供了有益的参考。这些技术的发展将有助于实现更准确的真空测量和更精确的科学研究,对于半导体制造、材料科学、量子信息等领域都具有重要意义。
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35. 特种合金生产过程中VIDP炉真空系统分析及优化应用
张万福, 李强, 李军, 刘嘉学, 王德洪, 罗俊义
真空    2024, 61 (1): 58-63.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.09
摘要43)            收藏
结合特种合金实际生产过程,从设备配置、抽空能力等方面对德国ALD公司VIDP炉真空系统进行分析,并给出了若干优化应用措施。提出将罗茨泵的启停间隙控制在120 ~180 s;低真空系统两套并联泵组的模式开关开启阈值分别设定为1 000 Pa和2 500 Pa;根据特种合金易挥发的特性,给出罗茨泵各部位维修保养周期(3~12个月不等),以及合金熔炼过程中充氩破空的具体操作流程;最后针对VIDP-300型炉的真空系统提出提升抽空能力的改造建议。
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36. 动态磁场矩形平面磁控靶开发
刘文丽, 刘旭, 尹翔
真空    2023, 60 (5): 47-50.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.06
摘要43)            收藏
针对矩形磁控溅射靶使用过程中靶材利用率较低的问题,北京北方华创真空技术有限公司设计生产了磁铁组件可水平垂直移动的动态磁场矩形平面磁控靶。设备通过电机带动磁铁组件沿靶材宽度方向扫描,使刻蚀跑道在靶面宽度方向拓展,增大靶面可被刻蚀的区域面积,亦通过电机调节磁铁组件垂直方向高度,减小靶材表面磁场强度相对变化,以提高靶材利用率。测试实验表明该动态磁场矩形平面磁控靶的靶材利用率提高至55%~60%,大大降低了生产成本,目前设备已获得行业用户的认可。
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37. 基于离散坐标法的复杂构型跨流域流场模拟
王军伟, 王魁波, 胡开南, 白冰
真空    2023, 60 (5): 70-74.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.11
摘要42)            收藏
跨流域流动不仅存在于高超声速飞行器、航天飞行器变轨/调姿等航空航天领域中,同时也广泛存在于微纳制造及器件传质/传热等科学和工程实践中。准确、快速模拟跨流域流动对此类科学研究和工程实践具有重大意义。本文引入基于气体动理学的多特征值离散坐标法对跨流域流场模拟进行研究,并以动态气体锁为研究对象完成给定构型的内部流场仿真,得到了构型内部温度场、速度场和密度场,所得结果符合理论预期。
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38. 低比功率宽工作能力的螺杆真空泵设计与试验*
巫修海, 马云芳, 陈海垚
真空    2023, 60 (6): 71-77.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.12
摘要41)            收藏
为开发能高效适应0.1~100kPa宽工作压力范围,且能兼顾预期极限真空工艺工况的螺杆真空泵,设计了分段式渐进变化螺距螺杆。其第一部分导程由小到大变化,位于吸气端,从第二部分开始导程由大到小渐进变化,该构造确保了螺杆良好的动平衡性,可保证齿面结构完整;前两级导程决定了螺杆真空泵的吸气量,相邻导程比率决定了压缩能力;末端导程螺距变化小,螺杆齿宽大,保证了螺杆的加工性能。试验证明采用分段式渐变螺杆转子的螺杆真空泵,在整个工作压力区域都能保持较大的抽速,并且可依据工作预期优化螺距参数,极大降低了设定工作压力区域的比功率,从而提高抽气效率,大幅降低驱动功率,使泵运行效果良好。
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39. 第二十二讲 化学气相沉积(CVD)技术
张以忱
真空    2023, 60 (5): 102-104.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.17
摘要41)            收藏

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40. 高温合金真空熔炼浇铸过程对耐火材料表面冲蚀的研究
万旭杰, 张华霞, 张凤祥, 高鸿儒, 马宝弘, 赵新颖, 刘坤
真空    2023, 60 (5): 98-101.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.16
摘要41)            收藏
高温合金在真空熔炼浇铸过程中需要通过中间包系统流入锭模系统,中间包系统一般由耐火材料制成。本文通过观察不同冲蚀时间下氧化铝基耐火材料表面形貌及Cr层厚度的变化,研究了冲蚀表面形成机理。结果表明:在高温合金液冲蚀作用下,耐火材料的截面生成一层带状Cr层,其厚度随着冲蚀时间的增加呈现先增加后减少的趋势,并最终趋于稳定;冲蚀时间为145min时,耐火材料与高温合金液达到动态平衡状态,Cr层的平均厚度稳定在400μm左右。
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41. 适用于极端环境的环控生保热试验设备研制*
冯红旗, 李森, 杨润泽, 武越, 孙娟
真空    2023, 60 (5): 86-91.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.14
摘要40)            收藏
为满足环控生保系统真空热试验期间氢气、甲烷和CO2等废气排放,以及CO2气体注入的需求,研制了一种热试验设备。该设备采用加热带加热和多层隔热材料保温相结合的方案使管路温度保持在20℃以上,解决了极端低温下氢气和甲烷中水蒸气冷凝、CO2气体结冰的管路堵塞问题;采用掺混高纯氮气的方案将甲烷气体的浓度降至3.6%以内,低于4.4%的爆炸阈值,解决了甲烷真空排放的安全问题。经真空热试验考核,所研制的热试验设备运行稳定,工作性能满足研制要求。
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42. 一种空间微型质谱仪的芯片级离子源研究*
窦仁超, 崔寓淏, 喻新发, 冯琪, 刘坤, 闫荣鑫, 孙立臣, 孟冬辉
真空    2024, 61 (2): 42-46.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.07
摘要40)            收藏
设计了一种空间微型质谱仪用三电极场芯片级离子源结构,该离子源由5层电极板构成气体电离区和离子引出区。采用MEMS技术制备了芯片级离子源原理样机,测试了其电子流、离子流和稳定性。结果表明:该芯片级离子源能够产生0.357 mA以上的电子流,接收到的离子流可以达到527 pA,满足空间探测任务中微小型质谱仪离子源的功能要求。
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43. 用于等轴晶铸造的真空感应精密铸造炉主流结构及未来发展
宋静思, 王春钢, 黄瀚川, 左野, 滕龙, 陈久强, 李秀章
真空    2023, 60 (5): 92-97.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.15
摘要39)            收藏
首先介绍了三室立式真空感应精密铸造炉的结构特点,然后阐述了其他主要类型精密铸造炉的概况,最后通过对技术与市场情况的对比,分析了当前市场情况与精密铸造炉未来的发展方向。
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44. 超大型真空容器大门设计及优化研究
祁松松, 倪俊, 李卓慧, 施承天, 冯蕾, 陈红斌, 李灿伦
真空    2023, 60 (5): 81-85.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.13
摘要39)            收藏
本文以直径10m的超大型真空容器大门为研究对象,介绍了超大型立式容器大门的设计分析情况,采用可靠性设计与仿真优化相结合的方法,对大门在外压和起吊时的强度和变形分布进行了模拟分析,并根据分析结果对大门加强筋布置进行了优化设计。研究表明:在封头曲率变化较大处与加强筋之间设置补强板,可以有效减少大门局部应力超限的问题;封头加强筋减少至6根可以降低材料用量,此时最大应力为97.37MPa,最大变形为4.1mm,仍然可以满足材料使用要求;大门起吊时整体承受重力载荷,最大变形量为0.13mm,最大应力为18.6MPa,满足材料使用要求。
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45. 氢化脱氢工艺在锆-2合金粉末制取中的应用
车恩林, 王振宏, 苏宁, 陈鼎, 刘君, 陈博龙, 代玉博
真空    2024, 61 (1): 83-86.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.14
摘要39)            收藏
分析了氢化脱氢工艺在锆-2合金粉末制备中的应用情况,详细介绍了粉末制取前准备工作、氢化反应、脱氢处理、粉碎筛分、分离处理等操作过程。采用氢化脱氢工艺可以得到纯净的锆-2合金粉末,提升制取效率,降低制作成本。
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46. 基于TRIZ理论的一种提升罗茨真空泵基础压力的设计方法*
李小金, 李正清, 韩仙虎, 蔡宇宏, 杨建斌, 刘筱文
真空    2024, 61 (2): 62-67.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.11
摘要39)            收藏
以TRIZ理论为研究工具,采用因果分析方法得到了影响罗茨真空泵基础压力的根本原因和薄弱点,通过技术矛盾和技术系统进化法则解决方案模型的启示,进一步改进了罗茨真空泵的密封结构和转子型线,然后基于改进方案,对ZJP70型罗茨真空泵进行了优化。测试结果表明:在同等条件下,优化后的新型罗茨真空泵基础压力提升明显,同时最大零流量压缩比、整机漏率和噪声等核心指标也得到了显著改善。
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47. 脉冲激光沉积ZnSe:Cox纳米晶薄膜的微结构及光学性质研究*
李树锋, 王丽, 高东文
真空    2024, 61 (1): 41-46.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.06
摘要38)            收藏
采用脉冲激光沉积技术在基片温度为800 ℃条件下制备了不同Co含量的ZnSe:Cox(x=0.1, 0.3, 0.5)微晶薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外透射光谱及光致发光光谱分析了薄膜的微结构及光学特性。结果表明:所制备的纳米晶薄膜结晶质量优秀,具有(111)择优取向,薄膜结晶质量、光谱透射率和光学带隙均随Co含量的增加而减小;薄膜在波长约700 ~850 nm处存在一吸收带,这源于Co2+在周围Se2-构成的四面体晶场中4A2(4F)→4T1(4P)能级之间的跃迁;当Co掺入量x=0.5时,薄膜达到过掺杂状态,α-Co杂质相出现,薄膜红外光致发光谱大幅降低。
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48. 一种电子束熔炼用供料、熔铸拖锭装置研制
闫超, 张涛, 贾子朝, 成成, 许文强
真空    2024, 61 (1): 78-82.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.13
摘要37)            收藏
电子束熔炼具有高真空、高能量密度、可精准控制等特点,被广泛应用于难熔金属行业。本文依托核工业理化工程研究院电子枪技术和LT102真空装置,设计研制了一套难熔金属电子束熔炼用供料、熔铸拖锭装置。主要阐述了供料、熔铸拖锭装置的设计技术要求,针对难熔金属进行了熔炼功率计算,并对结构设计功能进行了详细介绍。所研制的供料装置具有多工位、换料功能,拖锭装置具备水冷、下拉、旋转功能。最终装配测试的供料、熔铸拖锭装置性能满足设计要求,整体熔炼实验中设备运行良好。
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49. 车辆试验舱低气压动态试验系统设计
刘中博
真空    2024, 61 (2): 58-61.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.10
摘要36)            收藏
针对车辆发动机在高海拔地区因低气压而性能下降的问题,依托于XX项目需求设计了一套低气压动态试验系统,其可用于模拟高海拔低气压环境和开展车辆低气压动态试验。详细介绍了该试验系统中低气压模拟系统及排烟系统的组成和工艺流程,并进行了抽气速率及抽气量计算。
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50. 真空系统在模拟火星表面低气压环境的应用
刘中博
真空    2024, 61 (1): 64-67.   doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.01.10
摘要35)            收藏
火星一直被认为是太阳系中除地球外生命最有可能繁盛过并生存至今的地方,故而对其表面环境的模拟,对火星探索起着重要的作用。本文依托于XX大学空间模拟装置火星尘舱系统项目的需求,设计了一套火星表面低气压环境模拟系统,采用真空泵组降低火星尘舱内的气压,采用气动调节型阀门进行高精度动态压力调节,维持舱内压力稳定,详细介绍了系统设计技术参数、组成、工况及抽速计算流程。
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