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    ISSN 1002-0322
    CN 21-1174/TB
    1964年创刊(双月刊)
本期目录
2021年 第58卷 第1期 刊出日期:2021-01-25
  • 测量与控制
    微型碳纳米管低压传感器工作性能研究
    王杰, 康颂, 董长昆
    真空. 2021, (1):  1-5.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.01
    摘要 ( 119 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对于X射线管等小型真空器件,其内部真空监测还缺乏可靠的方法。基于碳纳米管的气体吸附影响场电子发射的特性,我们开发了一种微型低压传感器,本工作是对该传感器的场发射性能、传感性能、重复性和应用性进行研究。实验结果表明:合金材料制备的碳纳米管分布均匀、晶体性高,有良好的场发射性能;传感器对氮气和水汽具有传感效应,场发射电流能够随系统内部压力的升高而增加;在同一个压力值点的多次测试表明传感器测量一致性优于10 %,能够稳定的工作。对传感器在X射线管的应用测试表明:传感器能够监测X射线管工作时内部真空的变化,可以有效的测量微小真空电子器件内部的真空。
    紧凑型微波ECR等离子体源的设计及其特性研究
    柴昊, 贾军伟, 王斌, 李鹏, 崔爽, 冯旭, 李伟, 刘展, 李绍飞, 陈权
    真空. 2021, (1):  6-9.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.02
    摘要 ( 123 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    地面电推进试验、星载Langmuir探针地面标定等航天任务,均对等离子体参数的校准提出了需求。目前,等离子体参数的校准主要是在稳定的等离子体环境中,通过被测仪器与标准进行量值比对的方式实现,因此,获得稳定的等离子体环境是开展校准技术研究的重要前提。微波ECR源产生的等离子体具有均匀、稳定、可调节范围宽等特点,十分适合应用于等离子体校准中。本文设计研制了永磁型微波ECR等离子体源,并对该源的特性进行了实验研究,获得了该源的空间分布特性、稳定性实验结果。实验结果表明:研制的紧凑型微波ECR源稳定性、重复性均在10%以内,具有作为标准源应用于等离子体校准的潜力。
    多孔石墨烯渗氦仿真研究*
    张骁, 刘招贤, 孟冬辉, 任国华, 王莉娜, 闫荣鑫
    真空. 2021, (1):  10-14.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.03
    摘要 ( 94 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    多孔石墨烯膜具有渗透率易于调节、稳定性好等特点,可以实现可控纳米渗透元件来作为真空检漏中的标准漏孔材料。本文采用MD模拟进行单层多孔石墨烯渗氦仿真,得到不同方向、大小、形状多孔石墨烯渗氦参数。仿真模拟表明:各方向上石墨烯缺陷缺失碳环数和渗氦率近似可呈线性关系,且各项斜率近似相等;石墨烯缺陷缺失碳环数较少时,不同形状石墨烯缺陷的渗氦率相近,缺陷缺失碳环数较多时需通过对势垒降低的计算和模拟得到渗透增量,进而利用小孔渗透率可以推算大孔渗透率。仿真结果表明多孔石墨烯作为标准漏孔渗透材料的可控性,对渗透实验具有指导意义。
    真空测量技术及航天应用
    王逊
    真空. 2021, (1):  15-18.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.04
    摘要 ( 154 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    简述常用工作用真空计、单片机在真空计中的应用、真空测量在航天应用、真空测量标准以及碳纳米管阴极在电离规中的应用。
    智能化螺杆空压机性能检测系统的总体设计*
    李福送, 王文军, 林伟健, 潘亚娟
    真空. 2021, (1):  19-22.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.05
    摘要 ( 96 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    结合硬件结构设计和网络通信、网站开发等技术,本文研究设计一套B/S模式的智能化螺杆空压机性能测试系统,包括硬件测试结构和云端软件系统的设计,以及关键技术的实现方法。本系统能自动采集测试数据,按照空压机验收测试标准自动计算整机性能参数和能效值等,自动生成测试报告;形成空压机测试的大数据,用户能随时分析统计生成各种图表等;满足了产品多方面的测试需要,顺应产品智能化、信息化的发展趋势。
    真空获得与设备
    螺杆真空泵设计的常见问题分析
    张世伟, 孙坤, 韩峰
    真空. 2021, (1):  23-28.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.06
    摘要 ( 160 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对我国目前螺杆真空泵产品同质化特征明显、与多样性的用户需求不相适应的现状,本文从螺杆真空泵设计的角度出发,分别就螺杆泵的整体结构布局、螺杆转子的螺旋展开方式、冷却系统与温度控制、密封形式等几方面,尝试开展设计思路和方案对比分析,进而提出兼顾产品标准化大批量生产和针对用户特殊需求个性化小批量定制的设计原则,并给出具体实施策略。期望有助于我国螺杆泵产品开发制造水平的提升。
    关于真空除气使用的真空泵情况分析与讨论
    杨乃恒
    真空. 2021, (1):  29-32.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.07
    摘要 ( 124 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为使真空泵的抽气能力能最大程度适应除气过程,在选用真空泵时需考虑到搅拌气体数量、设备表面放气和设备的漏气率。随着钢液真空处理技术的发展,能保证高效率、有效地脱除钢液中的气体成为迫切的问题。由于抽出气体有灰尘,维修次数多等综合因素,应采用抽气能力大、运转可靠性强、结构简单的蒸汽喷射泵而非机械泵。但近年来,钢液真空处理真空设备由于干式机械泵抽气能力过大、高温高湿、易燃易爆等问题存在,仍多采用喷射系统。因此今后对于罗茨泵的选型、配置、压缩比的分配与确定、温升计算、效率计算、转矩计算以及转速控制等方面应进行进一步研究以解决实际问题。
    HL-2M装置真空室预抽气系统的研制*
    蔡潇, 曹曾, 张炜, 李瑞鋆, 黄勇
    真空. 2021, (1):  33-37.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.08
    摘要 ( 122 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    通过搭建HL-2M真空室整体预抽气系统,对真空室的设计、加工和安装工艺是否达到超高真空技术要求进行了试验检测。采用三套分子泵机组和一套低温泵机组作为主抽系统,对HL-2M真空室进行了预抽,72小时后真空室真空度达到3.7×10-5Pa,超过了预期的预抽真空度。在本底真空度为3.7×10-5Pa的条件下采用静态定容法测试真空室漏放气率,结果显示真空室漏气率为2.3×10-7Pa·m3·s-1,小于HL-2A真空室预抽时总漏放气率两个量级。试验证明通过合理的抽气机组配置,HL-2M装置真空室满足超高真空技术要求,为将来开展高品质等离子体实验提供了良好的条件。
    稀薄气体流动的粒子图像测速实验研究*
    朱志鹏, 秦彬玮, 张英莉, 岳向吉, 巴德纯
    真空. 2021, (1):  38-44.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.09
    摘要 ( 110 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    建立了一套可对真空度进行调节的实验装置,从大气压开始逐渐降低系统压力,进行系列稀薄气体流动的PIV流场实验。系统压力从101kPa、90kPa逐次降至10kPa,使用所选粒子在不同系统压力下分别进行PIV实验获得测量区域流场分布情况。运用计算流体力学的方法模拟大气压条件下实验区域的内部流动,对比结果发现该种条件下数值模拟结果很好的与PIV实验测得流场结构吻合,从而验证了实验和数值模拟的可靠性和稳定性。通过对PIV实验结果进行分析:克努森数Kn≤0.14实验测量可以获得较好的流场效果;当0.14<Kn≤0.29测量区域流态仍然完整但测得的流场流速偏小;0.29<Kn≤0.86实验测得的速度显著降低且流态不完整。
    液氮温度下分子筛的真空吸附特性试验研究
    白彪坤, 陈叔平, 陈联, 金树峰, 史庆智, 孟岳
    真空. 2021, (1):  45-50.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.10
    摘要 ( 127 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为探究低温容器夹层所用分子筛吸附剂的吸附特性,采用静态膨胀法进行试验,获得了平衡压力为10-3Pa~103Pa范围内4A、5A和13X分子筛对N2、O2单一组分以及空气的吸附等温线,比较了不同分子筛对气体的吸附能力差异,探究了分子筛的吸附机理。研究结果表明:液氮温度下,5A和13X分子筛在真空条件下对N2及O2的吸附性能强,吸附量能达到104Pa· L/g量级,4A分子筛对O2的吸附量也能达到104Pa· L/g量级,然而4A分子筛在平衡压力高时吸附N2能力较差,饱和吸附量仅达到300Pa· L/g左右;三种分子筛对空气的吸附能力为13X分子筛>5A分子筛>4A分子筛,且在液氮温度下,5A分子筛对空气的吸附速率高于13X分子筛。研究分子筛在低温下的真空吸附特性,有助于指导分子筛在低温容器中的应用,同时为低温分子筛的设计提供参考。
    航天器防污染真空试验设备
    董栋, 景加荣, 董德胜, 施承天, 任维松, 孙凌, 陈亚慧
    真空. 2021, (1):  51-56.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.11
    摘要 ( 116 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提出一种专用型航天器防污染真空除气罐,即基于真空烘烤除气及黑体加热技术,实现污染物控制及复杂形状航天器高精度控温。通过试验及气相色谱质谱连用测试仪验证,该真空除气罐可有效控制试验过程中的污染物,且实现了航天器污染控制试验高通用性及自适应性。
    薄膜
    氮分压对ZrN薄膜结构及颜色的影响
    吴键坤, 李兆国, 彭丽萍, 易勇, 张继成
    真空. 2021, (1):  57-62.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.12
    摘要 ( 125 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    采用直流反应磁控溅射法,通过改变反应气体N2分压(5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%),在SiO2/Si(111)基片上制备ZrN薄膜。利用XRD、SEM、EDS分析了薄膜的物相、结构、形貌以及成分,使用分光光度计测量了薄膜的反射光谱,并进一步确定了薄膜颜色在L*a*b*色度坐标中的位置,研究了氮分压对薄膜颜色的影响,以及ZrN薄膜颜色与薄膜成分、结构之间的关系。分析结果表明:在不同的氮分压下,ZrN薄膜具有较好的成膜质量;随着氮分压的增加,薄膜沉积速率降低、N含量增加;薄膜结晶度先升高后降低、且在氮分压为10%时,薄膜出现(111)的择优取向;薄膜颜色随薄膜成分结构的改变而发生明显的变化(颜色由银色向金色、暗金、深褐色以及非本征颜色转变)。当反应气体N2分压较低时,分压的增加使得锆与氮更容易键合,导致薄膜中N含量增加,使ZrN结晶度增大并出现择优取向。当N2分压超过10%后,薄膜中多余的氮处于晶格的间隙位置,使得薄膜晶格间距变大且结晶度降低,薄膜成分结构的改变导致了薄膜颜色的变化。
    附加偏置电场对电弧离子镀TiN薄膜结构和性能的影响*
    武英桐, 李晓敏, 白睿, 王东伟, 王宇, 黄美东
    真空. 2021, (1):  63-66.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.13
    摘要 ( 93 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了改善电弧离子镀薄膜表面存在的大颗粒污染问题,在真空室内附加一个与靶-基连线垂直的偏置电场,探究不同偏置电压对薄膜表面形貌、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明,不同电压下TiN薄膜均呈晶态,沿(111)晶面择优生长,薄膜的微观结构受偏置电场的影响很小。随偏置电压增大,薄膜的结合力、显微硬度呈现先增后减趋势,在24V时均达最大值,电压进一步增大到32V时,结合力和显微硬度反而有少许下降。偏置电场可以有效改善薄膜表面形貌,当电压为32V时,薄膜表面质量最好,摩擦因数仅为0.115。
    磁控溅射制备紧固件防咬死涂层的厚度均匀性研究*
    王坤, 王世庆, 李建, 但敏, 陈伦江
    真空. 2021, (1):  67-71.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.14
    摘要 ( 122 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了研究磁约束聚变装置支撑装置紧固件的螺母和螺栓表面防咬死涂层的均匀性,利用磁控溅射技术在管形器件的内表面和外表面制备了铜膜,应用台阶仪进行薄膜厚度测试。采用矩形铜板作为磁控溅射靶,采用单自转和公转加自转两种方式进行沉积,分析了铜膜在管形器件的内表面和外表面的膜厚分布规律。结果表明:无论螺母还是螺栓,公转加自转相对于单自转制备薄膜的均匀性都更好,随着孔(管)径的变小薄膜厚度变大。
    高功率脉冲磁控溅射制备ZnO薄膜的研究进展*
    张玉琛, 张海宝, 陈强
    真空. 2021, (1):  72-77.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.15
    摘要 ( 131 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    氧化锌薄膜材料由于具有高电导率、良好的光学透过率、原料储存丰富、成本低廉的特点,被认为是最具有潜力的透明导电薄膜。特别是其宽禁带(3.37eV)和高达60meV的激子束缚能,使其在环境温度制备同质结发光器件、太阳能电池电子传输层具有巨大的应用前景。然而,传统制备方法难以实现薄膜质量的综合调控,存在p-ZnO稳定性差、制备的薄膜重复性差、组装的器件效能较低等问题。高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有溅射材料离化率高的特点,非常适合需要离子反应的各类薄膜。当采用HiPIMS制备氧化物、碳化物、氮化物薄膜时,利用其高电离率还可以获得较高的靶离子和掺杂离子,可实现晶格替代、间隙原子等缺陷的形成,制备稳态的材料,如制备稳定p-型半导体材料。本文综述了近年来HiPIMS制备氧化锌薄膜的研究进展,主要是给出HiPIMS制备ZnO薄膜的放电特性和工艺参数的影响,最后展望了HiPIMS制备稳定p-ZnO薄膜的发展方向。
    真空冶金
    多室隧道连续式真空烧结炉及热处理炉控制系统的设计*
    吴爱荣, 张峰, 马强, 席晓晶
    真空. 2021, (1):  78-81.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.16
    摘要 ( 92 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本系统实现钽阳极块烧结过程所包含的预烧、本烧、冷却三个热工工艺以及节拍式进出料、辅机等部分的控制。其控制系统实现全自动控制功能,采用分布式结构化设计,系统开放、分层控制,集检测、控制、管理、远程诊断、通讯于一体的系统构建和配置方案,开发多室隧道连续式真空烧结及热处理成套装备复杂生产制造全流程一体化控制系统整体控制策略与运行控制方法,实现对生产工艺的优化和最优控制。
    真空应用
    空调散热器真空除油干燥箱温度场优化
    余清洲, 张俊, 李斌, 高明燚, 刘明昆, 柴晓彤, 干蜀毅
    真空. 2021, (1):  82-85.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.01.17
    摘要 ( 100 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    真空除油干燥法作为一种极具发展前景的新兴除油方式,比常规除油方法效率高且环保。文章针对空调散热器除油干燥系统的温度场进行研究,利用FLUENT模拟出真空干燥室合适的热源布局方式,以优化除油腔室内的温度场分布,进一步提高除油效率。
    真空技术应用系列讲座