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    ISSN 1002-0322
    CN 21-1174/TB
    1964年创刊(双月刊)
本期目录
2022年 第59卷 第3期 刊出日期:2022-05-25
  • 真空获得与设备
    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, (3):  1-6.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.01
    摘要 ( 174 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  7-11.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.02
    摘要 ( 143 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  12-15.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.03
    摘要 ( 162 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  16-19.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.04
    摘要 ( 137 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  20-24.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.05
    摘要 ( 259 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  25-28.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.06
    摘要 ( 140 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    薄膜
    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, (3):  29-34.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.07
    摘要 ( 109 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    入射能量对外延生长Cr薄膜表面粗糙度和膜基结合强度的影响:分子动力学模拟*
    胡天时, 田修波, 刘向力, 巩春志
    真空. 2022, (3):  35-40.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.08
    摘要 ( 108 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    过渡层是改善膜基关系,提升薄膜质量的关键因素。本文针对常见过渡层材料Cr的外延生长过程进行了分子动力学模拟。通过对沉积过程中薄膜的表面形貌、粗糙度、径向分布函数以及膜基结合强度进行分析,研究了入射能量对薄膜质量的影响。结果表明:沉积初期,膜基界面相互作用是影响薄膜生长方式的主要因素;随入射能量升高,表面粗糙度上升,薄膜由层状生长转变为岛状生长;随沉积过程进行,低能沉积(15~50eV)时薄膜表面粗糙度逐渐升高,而高能沉积(75eV)时在刻蚀作用下表现出相反趋势,表面粗糙度逐渐降低;同时,较低能量范围沉积时膜基界面在浅注入作用下被破坏,削弱了膜基结合强度;进一步提高沉积可通过形成成分梯度层,改善膜基结合效果。本文的研究结果对于薄膜沉积过程具有重要指导意义:镀膜过程中提高入射能量并不一定能起到积极效果,沉积粒子能量必须控制在合适的范围。
    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, (3):  41-45.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.09
    摘要 ( 315 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  46-51.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.10
    摘要 ( 158 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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, (3):  52-56.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.11
    摘要 ( 151 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    农机耕作零部件表面改性技术研究及展望
    苑仁月, 白雪卫, 李浩喆, 孙世杰, 翟艳坤
    真空. 2022, (3):  57-62.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.12
    摘要 ( 111 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    农机耕作零部件因磨损失效,性能受到严重影响,制约着农业机械化的发展。表面改性技术以其工艺灵活、适用性强、操作方便、成本低等优势成为提高农机耕作零部件耐磨性的重要技术手段。表面改性技术在农机方面应用较多的有热喷涂、喷焊、堆焊、熔覆及仿生五种技术手段,不同技术的优劣势及适用条件各不相同,结合这五种手段,介绍了表面改性技术在提高农机耕作零部件耐磨性、改善表面性能方面的研究概况,并对其应用前景及发展趋势提出展望。
    测量与控制
    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, (3):  63-67.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.13
    摘要 ( 144 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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%。
    HL-2M装置质谱测量的初步结果*
    周军, 曹曾, 曹诚志, 黄向玫, 高霄雁, 胡毅
    真空. 2022, (3):  68-73.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.14
    摘要 ( 107 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    利用四极质谱计对HL-2M真空室分别在烘烤和辉光放电清洗过程中的残余气体进行了初步测量分析,并且研究了HL-2M抽气系统中低温泵对水的抽除效果。真空室经过最高100℃烘烤后,M/q=18(H20)、M/q=28(CO)的气体分压强分别减少47.96%、17.63%;对HL-2M进行辉光放电清洗时M/q=18(H2O)、M/q=28(CO)、M/q=32(O2)的离子流显著增加,清洗产物通过抽气系统排除,有效地减少了碳、氧等杂质;在4台低温泵抽气并达到动态平衡时M/q=18(H2O)、M/q=28(CO)分压强分别减少了3.2×10-5Pa、3.7×10-6Pa。质谱测量结果为保障HL-2M装置的初始等离子体放电提供了有用的参考数据。
    真空冶金与热工
    T2-304在空间环模设备中的钎焊密封工艺
    冯智猛, 刘昌鹏, 路同山, 李灿伦, 王晓占, 倪俊, 王国防
    真空. 2022, (3):  74-79.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.15
    摘要 ( 134 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对空间环模设备中由于热沉与真空容器之间安装间隙过大导致其钎焊密封可靠性差的问题,采取焊前去除母材及钎料表层的氧化层,选择含银量45%的BAg45CuZn共晶钎料,使用外焰温度900℃左右的焊接热源,选用壁厚较大的热沉铜管和不锈钢管,通过焊接辅助件将焊接缝隙控制在0.1~0.2mm,将焊接加热时间控制在30s的工艺进行不锈钢管和铜管的钎焊密封,焊接试验效果良好,焊缝可靠。对焊缝进行低温-186℃、高温120℃的高低温循环冲击之后进行氦质谱仪检漏,检漏数据表明焊缝密封性能满足设备使用需求。
    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, (3):  80-85.  doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2022.03.16
    摘要 ( 139 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    真空技术应用系列讲座