综述了真空电弧炉和真空凝壳炉的工作原理和国内外发展现状。介绍了真空电弧重熔（VAR）工艺控制技术发展情况,并指出电弧检测与调控对大型真空凝壳炉安全运行的重要意义。虽然,熔速控制实现了熔池糊状轮廓的稳定。但是,电弧运动改变了熔池的热量分布。基于熔速控制的电弧分布状态优化,是制造高品质铸锭的基础和工艺装备的发展方向。根据电弧运动特性,将电弧分布模型划为四类：集中、扩散、偏心和旋转。其中,扩散电弧分布模型对改善熔池轮廓和提升铸锭品质的作用明显。将VAR控制技术分为电弧分布、熔池特性和凝固过程三个组成部分。针对电弧的电磁特性,利用磁场对电弧分布进行检测和调控,将为VAR工艺带来新的技术革新。配有霍尔效应磁场传感器阵列和亥姆霍兹线圈的控制系统已应用在工业生产装备中,验证了控制系统对电弧检测与调控的有效性。

为满足在轨航天器推进系统密封性能检测需求,本文基于氦质谱检漏法介绍了大型航天器漏率检测系统的组成和设计方案。系统采用组合设计,嵌入式盖板结构,远程集控等方式,提高了航天器漏率检测效率和自动化水平;通过真空、常压氦质谱检漏试验验证了系统的漏率检测性能,真空检漏法最小可检漏率为7.5×10^-10Pa·m³/s,常压累积检漏法最小可检漏率为2.0×10^-6Pa·m³/s（周期2天）;研究了检漏容器环境参数变化规律和微正压条件下的气密性,发现随着容器内温度增加,相对湿度呈降低趋势,容器充入表压1500Pa以上的压缩空气后24h压降小于80Pa,气密性满足航天器检漏测试要求。

采用磁控溅射技术在Zr/ZrVFe多孔吸气剂表面制备不同厚度的Ni膜,研究了Ni膜对吸气剂吸气性能的影响,利用SEM和EDS技术分析了吸气剂表面形貌及元素组成,通过定容法研究了吸气剂室温吸气性能。结果表明：吸气剂激活过程中,H₂O、CO₂和CO/N₂在350℃以下就已脱附;当激活温度达到350~450℃时,脱附气体只剩H₂和CH₄,CH₄为吸气剂脱附产生的H₂与四极质谱计灯丝发生反应所得;制备的Ni膜均匀覆盖在吸气剂表面,不会改变吸气剂的表面形貌;进行Ni膜表面改性后,吸气剂的吸气容量明显增大,且镀膜2h所得吸气剂的平衡压最小,吸附性能最好。

采用双源共蒸MgF₂和ZnS的方法,通过控制两种材料的沉积速率比,获得了制备梯度折射率薄膜所需要的中间折射率材料。将G|HL|A双层减反膜梯度化为5层,保持总光学厚度不变,制备了折射率沿厚度方向按1.91、1.77、1.64、1.48、1.38（波长532nm）渐变的梯度折射率减反膜。对所有薄膜样品进行了光学和激光损伤特性的测试,结果表明：双源共蒸MgF₂和ZnS所得复合膜的折射率,及两种材料的沉积速率比,满足Drude理论导出的关系式;复合膜的折射率符合正常色散,除折射率为1.91的复合膜吸收较大（532nm处消光系数为0.01）,其余复合膜都表现出较小的吸收（532nm处消光系数均小于0.002）;用100mJ能量激光辐照所有单层膜样品,折射率为1.64的复合膜激光损伤程度最小,表现出比单组分MgF₂和ZnS薄膜更高的抗激光损伤能力;将双层减反膜等效为折射率梯度渐变的5层后,减反射带宽从205nm扩展到了380nm,激光损伤阈值从2.0J/cm²提高到了3.7J/cm²,提高了85%。综上可知,采用双源共蒸技术,通过调节两种材料蒸发速率比,制备折射率按一定规律渐变的薄膜是可行的。只要两种材料比例合适,利用共蒸技术可获得抗激光损伤性能高于单组分薄膜的复合膜。梯度折射率减反膜可拥有比双层减反膜更好的光学特性和更高的激光损伤阈值。

真空电弧离子镀技术是工业界使用最为广泛的表面处理技术之一。在电弧离子镀实际应用过程中,所制备涂层的表面大颗粒仍然是困扰高端制造的一大难题,造成这一现象的根本原因是靶材表面局部过热产生的液滴飞溅。减少液滴产生的有效方法有很多,除降低放电功率密度、提高弧斑运动速度等热端控制技术之外,还包括加强靶材的冷却等。本文将新型冷却结构和弧斑运动引入弧源的数值模型,对弧源内部冷却水的流场和靶材表面的温度场进行模拟分析,研究了不同边界条件下弧源温度场的变化规律。本文的研究结果对真空镀膜机设计与工艺开发具有一定的指导作用。

钽氮化合物薄膜材料具有电阻温度系数小、化学稳定性高、功率耐受性好和阻值可调范围大等优点,是高性能电阻薄膜的优选材料。本文综述了钽氮化合物薄膜材料的研究进展,从材料的制备工艺参数、后处理方式、微观相结构和元素掺杂等出发,挖掘了获得高性能薄膜电阻的核心影响因素;结合国内外研究现状,对钽氮化合物薄膜电阻进一步发展存在的难点进行了分析。钽氮化合物薄膜已经成为电子功能材料发展的关键之一,通过元素掺杂和后处理改善薄膜质量将成为进一步拓展其应用领域的重要手段。

在低温80℃的沉积条件下,采用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制备氧化铝（Al₂O₃）阻隔薄膜。通过X射线光电子能谱、椭圆偏振仪测试分析表明,制备的Al₂O₃薄膜纯度较高,均匀性好。同时,通过调节沉积循环周期制备了不同厚度的Al₂O₃薄膜,研究了薄膜厚度对其表面形貌、表面粗糙度、透光率以及水汽透过率的影响。结果表明,沉积循环周期为500cycles时制备的 Al₂O₃薄膜性能最为优异,表面粗糙度为1.52nm,400~1200nm波长范围内平均透光率为90.4%,水汽透过率为3.15×10^-3g·m^-2·d^-1。

利用直流磁控溅射法在有机玻璃基底上沉积掺杂氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜,在室温条件下,研究了溅射功率、溅射气压、靶基距和氧氩流量比等工艺参数对ITO薄膜光电性能的影响。结果表明,ITO薄膜的透光率随溅射功率和靶基距的增大而减小,当溅射功率为110W、靶基距为70mm时,ITO薄膜的透光性和导电性较为优良。在近紫外光波段和近红外光波段,ITO薄膜的透光率随溅射气压的增大而减小。当氧氩流量比为4:30时,ITO薄膜在500nm到600nm可见光范围内的透光性和综合性能最好。

氟碳薄膜具有低介电常数和摩擦系数、高热稳定性和化学惰性、强紫外吸收等优点,作为表面修饰材料,有望提升干式电抗器运行时的环境耐候性和绝缘稳定性。以磁控溅射技术制备氟碳薄膜具有杂质粒子污染少、沉积面积大、反应物成本低、无环境污染等优点。溅射过程中等离子体状态是影响薄膜质量的关键因素,本文讨论了真空室温度和基底温度协同作用对氟碳薄膜化学组分、微结构、沉积速率和微观形貌的影响。结果表明：温度直接作用于溅射组分的产生、输运和沉积过程;温度升高使薄膜表面呈现颗粒-团簇-三维网状结构的形貌演化规律;随溅射温度增加,沉积速率、粗糙度、氟碳比和sp³杂化碳占比增大,薄膜朝类聚四氟乙烯（PTFE-like）的方向发展,有望获得更优异的理化特性。

真空度测试仪可在不拆卸真空开关管的前提下,利用离子流与气体压强的比例关系来测量开关管内部的真空度。真空度测试仪在使用前,需要针对不同管型进行标定校准,本文讨论了其动态校准系统的设计和校准方法,包括磁钢工装的设计、强磁场的防护,以及特殊升降机构的设计等。校准系统由校准室、超高真空系统、磁场线圈、加热装置、升降系统和真空度测试仪等组成。该校准系统利用动态对比法,在抽气和充气动态平衡时,获得标准真空规的真空度和被测真空开关管的离子流,形成校准对比曲线,实现了快速、高精度和宽量程的校准测试。

利用离子束辅助沉积技术在Ba-W阴极表面上分别沉积金属钼膜和铪膜,以模拟栅控行波管中钼栅极和铪栅极表面吸附阴极蒸发物质时的表面状态。研究了这两种栅极表面微观结构和成分的变化,并测试了其表面热电子发射能力和二次电子发射系数。实验结果表明,铪栅极表面吸附的阴极发射物质要远少于钼栅极,用金属铪作栅极材料能有效抑制栅极电子发射。

托卡马克真空室中存在着杂质所产生的线辐射,这会引起等离子体能量损失和氢气燃料浓度降低。因此,为了提高聚变三重积,需要在放电开始前将托卡马克真空室内的轻杂质含量降至较低水平。轻杂质元素主要吸附在装置第一壁上,现阶段主要使用放电清洗手段解吸第一壁上吸附的杂质。本文建立了一套差分抽气质谱分析系统,可在J-TEXT托卡马克装置进行泰勒放电清洗时工作。其可以将主真空室内较高压力的气体引入到配有差分抽气系统的质谱室中进行分析,从而得到清洗过程中各气体分压强的变化,用于监测放电清洗效果。同时,结合磁测量、静电探针、H_α辐射以及CⅢ辐射等诊断系统,测量了清洗过程中等离子体电流、电压、温度、密度和辐射等参数随不同放电清洗参数的变化,为J-TEXT氢气泰勒放电清洗参数优化提供参考。

为了满足热障涂层批量生产时对厚度快速、准确检测的需要,本文选用球坑测厚法对物理气相沉积热障涂层厚度进行了测量研究。首先在GH3039高温合金基体上分别制备厚约120μm的NiCrAlYSi涂层和ZrO₂·Y₂O₃（YSZ）涂层,研究了研磨液粒径、研磨时间等参数与磨坑直径的关系,随后根据试验结果对高温合金试片涂覆的NiCrAlYSi/YSZ热障涂层使用球坑测厚法进行了厚度测量,并与金相测厚法结果进行了对比。结果表明：NiCrAlYSi涂层和YSZ涂层磨坑直径与研磨时间均满足抛物线增加关系;相同条件下,所用研磨液粒径为5μm和10μm时获得的磨坑直径相当,均比1μm时的大;针对同一涂层,球坑测厚法与金相测厚法测量结果吻合度高,误差在6%以内。

高能束熔覆涂层在制备时易出现裂纹、气孔等质量缺陷,严重阻碍了高能束熔覆技术的工业化应用。本文分析了高能束熔覆涂层裂纹缺陷的形成原因,从制备功能梯度涂层、采用辅助熔覆技术和预处理措施三个方面,总结了目前主流的熔池温度梯度和应力控制方法以及研究进展。提出了当前高能束熔覆涂层质量控制面临的主要问题,并对高能束熔覆涂层质量控制的发展前景进行了分析。

真空雾化制粉设备作为工业化生产金属粉末的主要设备,广泛应用于增材制造、粉末冶金、航天和医疗等重点领域。本文围绕目前最常见的几种真空雾化制粉技术,对其特点和发展方向进行了深入的研究和探讨。首先简要介绍了雾化制粉的技术背景和当前制粉手段的常见分类,然后结合目前主要的雾化制粉设备制造商和金属粉末供应商所采用的技术及设备的核心性能指标,详细介绍了VIGA（vacuum induction-melting gas atomization）、EIGA（electrode induction-melting inert gas atomization）、VIGA-CC（water-cooled copper crucible vacuum induction-melting gas atomizing）和PREP（plasma rotating electrode-comminuting process）方法,并对雾化制粉技术及设备未来的发展方向进行了展望。