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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5期 刊出日期:2021-09-25
  • 真空应用
    相对论、量子力学与真空科学技术(一)——热烈祝贺我国EAST和HL-2M再获重大突破
    陆国柱
    真空. 2021, (5):  1-10.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.01
    摘要 ( 451 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    柔性电子器件疲劳特性的研究进展*
    李建鹏, 张驰, 李建昌
    真空. 2021, (5):  11-15.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.02
    摘要 ( 251 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    柔性电子器件因其柔韧性好、集成度高、可设计性强和在可穿戴方面的潜在应用,成为近年来微电子的研究热点之一。目前,研究重点进展到器件在疲劳过程中的具体失效情况及在不影响电学性能的同时提高柔性,本文从基底材料类型、器件电学性能影响因素和疲劳损伤等方面进行综述。首先,归纳了不同基底材料与器件类型;其次,对比了膜/基结构器件的电学性能与界面裂纹监测;重点讨论了拉伸、弯折对薄膜失效过程的影响及微裂纹萌生、扩展和饱和阶段的主要特点。结果表明:裂纹失效形式有张开型、滑开型与撕开型三类;加载速率使脆韧性断裂相互转换并分别对应发生穿晶与沿晶裂纹;基底刚度与裂纹颈缩呈正相关。进一步分析发现疲劳损伤大小与机械形变位错有关,结合模型验证了拉伸与弯折均符合此结论。未来应致力于提高材料的膜基匹配与耐拉弯性,完善原位观测并扩展直接观测器件疲劳失效机理的手段,对裂纹萌生进行可调控,提高理论模型精度并与疲劳实验更好结合,以期为开发超柔抗疲劳电子器件提供基础。
    分子层沉积纳米薄膜的现状和发展
    陈谦, 杨丽珍, 刘忠伟, 张海宝, 陈强
    真空. 2021, (5):  26-31.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.03
    摘要 ( 339 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    随着微电子技术、锂离子电池和太阳能电池等行业的发展,人们对聚合物薄膜,尤其是纳米级聚合物薄膜的要求也越来越高。在传统的沉积方法不能满足要求的条件下,找到新的沉积聚合物的方法势在必行。分子层沉积(MLD)是一种类似于原子层沉积的技术,它可以精确控制聚合物膜的厚度、组成、形貌和保形性。因此,MLD可以成为制备聚合物薄膜的一种新方法。本文综述了分子层沉积的原理和方法,以及在薄膜领域的发展和应用,最后给出了分子层沉积技术未来发展所面对的挑战和展望。
    真空获得与设备
    聚变堆第一壁材料溅射装置真空系统设计研究*
    王俊儒, 余耀伟, 曹斌, 庄会东, 胡建生
    真空. 2021, (5):  32-36.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.04
    摘要 ( 225 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    直线等离子体装置(Linear Plasma Device,LPD)是研究托卡马克上边界等离子体与材料相互作用的重要平台。本文针对新建LPD的真空系统设计研制开展了相关研究。该真空系统设计为两级隔断式结构,等离子体放电和材料预处理可以在各自真空腔室同步进行、互不干扰。通过真空测试实验,真空控制系统运行稳定,短时间烘烤后系统极限真空达1.4×10-5Pa,满足LPD对洁净真空环境的要求。
    O形橡胶圈真空密封性能有限元分析
    任琪琛, 孙志和, 王沛, 胡居利, 卢毛磊, 黄倩
    真空. 2021, (5):  37-41.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.05
    摘要 ( 290 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    真空容器通常采用O形橡胶圈配合矩形密封槽实现真空密封。本文介绍了O形橡胶圈真空密封的设计,利用ANSYS建立了O形圈两种矩形密封槽非线性有限元分析模型,研究了不同压缩率及真空度下O形圈Von Mises应力、接触应力、接触长度的变化,计算分析了不同压缩率下真空泄漏率的变化。为真空容器O形圈真空密封可靠设计及性能优化提供了依据。
    专用电子束熔炼炉真空抽气系统设计
    张志平, 许忠政, 张黎源, 姜正鹤
    真空. 2021, (5):  42-45.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.06
    摘要 ( 186 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    专用电子束熔炼炉需要大抽速、可靠性较高的真空系统,本文简要介绍了专用电子束熔炼炉真空抽气系统的主要性能指标、设计思路和方法、系统组成,对此真空抽气系统进行了详细的计算,并为类似真空设备的研制提供有益参考。
    大口径真空插板阀优化设计
    齐大伟, 高俊旺, 吴斌, 王慧, 吕德润
    真空. 2021, (5):  46-49.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.07
    摘要 ( 425 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    伴随我国航天及国防事业的巨大进步,更多关键和特殊的装备需要在真空环境下生产或试验,大型和特大型地面模拟设备开始研制和投入使用,对关键部件真空插板阀的要求也越来越高。由于真空插板阀的口径不断增大,传统结构的真空插板阀无法满足要求,为此针对大口径真空插板阀在使用过程中发现的问题,对大口径真空插板阀采取了阀体分体结构设计、独立运行轨道设计、自动超压保护装置设置、传动系统增设离合器、密封结构形式改进等优化设计,有效地解决了传统真空插板阀结构、控制等方面存在的弊端。通过优化设计制造的大口径真空插板阀已投入运行,阀门运行稳定可靠。该设计方法可以有效解决未来更大口径真空插板阀的设计难题。
    薄膜
    中频磁控溅射制备氧化钨薄膜及电致变色性能研究*
    魏梦瑶, 王辉, 韩文芳, 王红莉, 苏一凡, 唐春梅, 代明江, 石倩
    真空. 2021, (5):  50-56.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.08
    摘要 ( 269 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    采用中频磁控溅射方法,在氧化铟(ITO)玻璃上采用氧化钨(WO3)陶瓷靶沉积薄膜,研究溅射气压对WO3薄膜结构与光学性能的影响规律,并对其电致变色行为进行了探讨。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了WO3薄膜的成分结构和表面形貌,紫外可见分光光度计和电化学工作站对薄膜的光调制性能、电致变色伏安特性、以及循环寿命性能进行了研究,并利用X射线光电子能谱(XPS)对WO3薄膜在着色、褪色状态下进行了化学成分及氧化状态分析。结果表明:随着溅射气压的增大,WO3薄膜的形貌结构变得疏松、粗糙,更有利于Li+的注入与脱出,响应速度变快、调制幅度增大、电致变色性能优异,但循环寿命性能有所降低。当溅射气压为4Pa时WO3薄膜的电致变色综合性能最好,在550nm处的调制幅度可达81.0%,着色、褪色响应时间分别为7.8s、5.85s,且在1500次循环后,仍保持较高的电致变色性能。
    不同浓度的Si掺杂β-Ga2O3薄膜的制备及研究*
    张晓霞, 邓金祥, 孔乐, 李瑞东, 杨子淑, 张杰
    真空. 2021, (5):  57-61.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.09
    摘要 ( 240 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本文采用射频磁控溅射法在Si(100)和石英衬底制备纯β-Ga2O3和不同浓度的Si掺杂β-Ga2O3薄膜,并且研究Si掺杂对β-Ga2O3薄膜结构、表面形貌和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)测试结果表明,Si掺杂β-Ga2O3薄膜都未出现新的衍射峰,随着Si浓度的增加,β-Ga2O3的特征峰(111)逐渐向大角度方向移动。X射线光电子能谱(XPS)表明β-Ga2O3薄膜中成功掺入了Si元素。本文使用原子力显微镜(AFM)表征薄膜的表面形貌,结果表明薄膜表面的粗糙度随着Si浓度增加呈现单调递增的趋势。紫外-可见光(UV-visible)透射光谱表明薄膜均在可见光波段具有高透光率,薄膜的光学带隙随Si掺杂浓度的变大而变大。Si掺杂实现了β-Ga2O3的带隙可调,表明Si是一种有潜力的掺杂剂。
    等静压石墨表面SiC涂层的制备与性能表征
    吴忠举, 白枭, 成洋洋, 周社柱
    真空. 2021, (5):  62-65.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.10
    摘要 ( 269 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高炭素材料的抗氧化性能,采用喷涂法在等静压石墨基体上制备了SiC涂层,研究了涂层浆料中硅、碳比例对SiC涂层物相组成、微观形貌以及抗氧化性能的影响。通过XRD、SEM和氧化实验分析表明:喷涂法制备的SiC涂层主要由3C-SiC、C和少量Si组成,且随着反应浆料中碳粉比例的升高,涂层与基体之间的渗入比例逐渐降低。当硅、碳比为1∶0.3时,基体表面可生成较为充足的SiC产物,且结合性较好,在1500℃下氧化120min的氧化失重率为7.5%。
    测量与控制
    等离子体雾化用等离子体发生器动静态特性研究*
    杨彤, 尹政鑫, 邱吉尔, 杨胜源, 张清波, 余德平
    真空. 2021, (5):  66-71.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.11
    摘要 ( 332 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    等离子体雾化法是当前球形金属粉末制备最具前景的方法之一,但由于其使用的关键等离子体发生器产生的射流不稳的问题,制约着金属粉末制备批次的稳定性。等离子体射流的不稳定性主要来源于电弧的大尺度分流,本文采用实验与信号分析的方法对电压信号进行时域、频域和时频分析来判断弧根的运动,揭示其动静态特性,以实现对等离子体发生器工作状态的实时监测。研究结果表明:反转电极等离子体发生器呈现上升型伏安特性,电压随电流的增大而增大,随着气流量的增大而升高;等离子体发生器在大电流情况下因产生了大尺度分流导致电压波动剧烈,大尺度分流造成的锯齿波状的信号为低频信号,频率在0.2到3Hz之间;采用短时傅里叶变换对电弧电压信号进行实时分析,可以准确地监测大尺度分流的产生,从而指导等离子体发生器工作参数的调整。
    等离子体接触器放电振荡的频谱分析研究*
    冯杰, 成荣, 赵勇, 王彦龙, 王尚民, 张宏, 贾艳辉
    真空. 2021, (5):  72-76.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.12
    摘要 ( 231 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了验证接触器工作时发生振荡的主要区域,设计试验寻找接触器进入羽流工况的阈值条件,确认当“供气工质流量—放电电流”的比值超过10sccm/A时,接触器将会进入到羽流工作模式。在该区域中接触器将会发生较为剧烈的振荡,放电电压峰-峰值一般超过5V。经频谱分析(FFT),导致该放电不稳定性的原因是需要用较少供气工质产生较多放电电流时的电离不稳定性,这种不稳定性对应的频率分量约在1MHz左右,采用增加供气流量或者降低放电电流的方法可以有效地抑制该种振荡的发生。
    基于硅基氮化硅波导的外腔激光器研究*
    陈家荣, 王东辰, 彭麦菊
    真空. 2021, (5):  77-79.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.13
    摘要 ( 215 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本论文展示了一种可调谐硅基外腔激光器,调谐范围在C波段(1540~1560nm),该激光器使用端面直接耦合(edge coupling)方式将SOA(Semiconductor Optical Amplifier)与硅基Si3N4波导集成。通过设计硅基Si3N4波导微环结构行成激光器外腔,激光器边模抑制比(side-mode suppression,SMSR)可达64dB。使用热调方式对微环进行等效折射率调节,实现了激光器粗调(coarse tune)与精调(fine tune)相结合,调节精度可达0.04nm。
    真空涂层设备SIS设计及应用
    游锦山
    真空. 2021, (5):  80-84.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.14
    摘要 ( 163 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    研究了真空涂层设备控制系统和工艺安全要求的特性,提出以IEC 62061标准完成设备的SIL评估、SIS设计和SIL验证,完成了整套SIS的集成和应用研发,并实现了SIS与总控系统的信息交互和联锁保护,研发的SIS已经使用到多套真空涂层设备之中,有效地保护了人身和财产安全。
    基于S7-1200和WinCC的坩埚冷却水循环监控系统
    成成, 王洪强, 李阳, 张华标
    真空. 2021, (5):  85-88.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.15
    摘要 ( 299 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本文介绍了一种坩埚冷却供水闭式循环监控系统,以西门子S7-1200系列PLC作为控制核心,WinCC 7.3组态软件作为人机界面,目的是为坩埚冷却供水闭式循环系统提供一种安全可靠的监控系统。该系统包括水泵、流量计、压力表、温度计、电磁阀门、压力变送器等,实时监测和控制整个坩埚冷却供水闭式循环系统。该系统已在线稳定运行多年,控制系统安全稳定,人机界面清晰、交互性好、抗干扰能力强,满足线上运行需求。
    纸质条码对燃料棒的氦检漏输出值影响及解决方法
    黄帆, 李斌, 刘轶群, 曹晖
    真空. 2021, (5):  89-92.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.16
    摘要 ( 197 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    探究带有纸质条码的燃料棒在氦检漏过程中输出值的影响。分别选取带激光条码和纸质条码的燃料棒作为对照组和实验组,通过分析漏率输出值,确定了纸质条码对燃料棒的氦检漏输出值有影响。进行了试验和分析,找到了消除纸质条码造成的伪显示的方法。得出以下结论:带纸质条码燃料棒的氦检漏输出值高,接近判废值;纸质条码放气和气体逸散是造成燃料棒的氦检漏输出值接近判废值的主要原因;通过延长抽空时间,可使纸质条码对燃料棒的氦检漏输出值几乎无影响,不造成误判。
    真空冶金与热工
    磷化工副产物磷铁加钴真空制备三磷化钴的热力学
    李秋霞, 普杰, 荆碧
    真空. 2021, (5):  93-97.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.17
    摘要 ( 242 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    本文应用“物质吉布斯自由能法”对磷铁制备三磷化钴CoP3进行了系统的热力学研究。在298~1600K范围内,Fe2P与Co反应生成三磷化钴CoP3的ΔG由196.12kJ·mol-1变化至146.22 kJ·mol-1,Fe3P与Co反应生成三磷化钴CoP3的ΔG由442.38kJ·mol-1 变化至399.21kJ·mol-1,在所计算温度范围不可能制备三磷化钴CoP3;加入适量的CaO和SiO2后,相同温度下反应生成(3CaO·2SiO2)和CoP3的ΔG对应为-42.45kJ·mol-1至-108.42kJ·mol-1,同时计算了温度T从298K变化到700K时,其平衡常数Kθ为:2.73×107至1.03×104。研究结果表明:利用磷铁加Co和适量的CaO与SiO2在温度低于700K真空条件下制备三磷化钴CoP3,不仅可行而且反应彻底,为实验研究提供了热力学参数。
    钛合金Ti6Al4V表面离子注入铜的阻燃性研究
    汪阳, 张高会, 汪凯, 杨镕菲, 李想, 孙启轩
    真空. 2021, (5):  98-103.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.18
    摘要 ( 226 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对钛合金在一定条件下易发生钛火的问题,对钛合金的阻燃性能进行优化研究。在Ti6Al4V表面进行离子注铜,采用金相显微镜对表面形貌进行观察和分析,使用X射线衍射仪分析改性层中的物相组成,利用飞秒激光烧蚀研究阻燃性能,并用扫描电子显微镜对烧蚀区域的形貌与成分进行分析。注铜处理后Ti6Al4V表面形成了含有Ti2Cu合金相的改性层,但仍能观察到表面划痕存在,说明注铜形成的改性层很薄,样品微观形貌没有明显改变;对样品进行激光烧蚀,烧蚀处理后Ti6Al4V样品烧蚀孔洞内没有发现Cu元素,烧蚀孔洞周边区域存在Cu元素,烧蚀斑痕的面积较未处理前的2.39×104μm2减小至1.68×104μm2,根据改性层中存在Ti2Cu合金相,以及Ti-Cu合金相在融化时能够吸收大量的热量的原理,说明改性层具有阻燃效果。随着离子注入能量与剂量的增加,阻燃效果更加明显。
    大功率真空电子束冷床熔炼炉拉锭机构振动仿真分析
    马强, 孙足来, 张哲魁, 牟鑫, 李建军, 王秋博
    真空. 2021, (5):  104-109.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2021.05.19
    摘要 ( 253 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    拉锭装置是真空电子束熔炼炉的核心部件之一,其运动的模式及速度对拉锭工作的稳定性及铸锭的组织结构有明显影响。一定的振动对铸锭的表面质量及晶粒细化程度有改善作用。在振动冲击下,结构将产生附加变形影响位移监测,相关零部件的强度也需要校核。在前期开发阶段,本文结合简化模型的理论分析与真实物理模型的仿真分析,对拉锭机构连接台三维模型的振动特性进行研究,分析了位移传感器的振动位移放大效应,提出优化方案降低测量误差,并分工况对结构强度进行校核,可为后续相关结构设计提供参考。
    真空技术应用系列讲座