掺氮碳膜是指通过化学或物理方法将氮原子引入碳基质中形成的功能化薄膜材料,具有优异的机械性能、化学稳定性和功能可调性。常用的制备方法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和热解合成法。应用研究表明,掺氮碳膜在表面防腐领域可有效阻隔腐蚀介质渗透,使金属衬底腐蚀电流密度降低1~2个数量级;在能源存储与转换中作为电极材料可提供高比电容和强循环稳定性;在电子器件方面,其高导电性、高透明度和可弯曲性为柔性电子发展提供新途径。

管内表面抗腐蚀性能的不足严重限制其使用寿命,因此在管内壁制备高质量的涂层尤为重要。本文采用双极性高功率脉冲磁控溅射技术,在管内放置柱状靶作为阴极来制备高质量Cr涂层。通过SEM、XRD、划痕、电化学腐蚀、高温氧化等方法对其进行表征和测试,研究了沉积温度对管内沉积的Cr涂层微观组织、力学性能、耐腐蚀性能以及高温氧化抗性的影响规律。研究结果表明,随着沉积温度从25 ℃升高到300 ℃,各组涂层均沿（110）面择优生长;受热应力影响,在100 ℃时涂层在韧性方面最优;而25 ℃条件下制备的涂层表现出最高的耐蚀性和高温氧化抗性,其中腐蚀电流最低可达4.9×10^-4 A·cm^-2,氧化层厚度最小,氧化增重最少,更小晶粒与更高致密度抑制腐蚀介质与氧扩散。沉积温度为100 ℃时涂层的耐蚀性和高温氧化抗性与沉积温度在25 ℃时相近,综合结构、力学与服役性能,100 ℃沉积涂层综合性能最优。

刻蚀LNOI（绝缘体上铌酸锂）通常以非晶硅薄膜为掩膜;使用PECVD设备在LNOI表面沉积非晶硅薄膜时,常出现薄膜起泡现象。气泡尺寸大多在5~60 μm之间,其存在会影响LNOI刻蚀的形貌。研究表明,非晶硅薄膜气泡可能是铌酸锂薄膜表面的缺陷导致的;这些缺陷表面的氧原子与非晶硅薄膜中的氢结合,破坏Si-H键,导致薄膜局部应力增大,从而引起非晶硅薄膜起泡。通过对比实验发现,在沉积非晶硅薄膜之前,先沉积50 nm的二氧化硅薄膜以隔离铌酸锂薄膜表面缺陷,可有效解决该工艺问题。这为使用PECVD设备在LNOI表面沉积平整的非晶硅薄膜提供了参考。

加速器硼中子俘获治疗装置中通常采用锂靶作为中子靶,但高热负荷沉积会缩短靶寿命,因此耐高热负荷的靶是维持装置稳定运行的关键。本文设计了一种在真空环境下耐30 MW/m²以上高热负荷的液态锂靶模块,可以在承受50 kW高能质子的轰击时将液态锂的温度控制在600 K安全阈值内。该液态锂靶模块主要由喷嘴、凹形背板、收集槽和加热丝等部分组成。文章重点模拟了液态锂模块的喷嘴宽度、液态锂流速和凹形背板半径三个因素对高热负荷移除能力的影响。结果表明喷嘴宽度从1.5 mm增加至3 mm时液态锂膜的厚度从1.2 mm增加至2.3 mm,进而使液态锂表面最高温升从82 K降至52 K,后续增加喷嘴宽度并无明显变化。液态锂流速从7 m/s增加至14 m/s,其温升从91 K降至46 K,但温升之间的差值逐渐减小。凹形背板半径从500 mm减至250 mm时,液态锂最高温升从77 K降至43 K,且对比直板结构,能够有效提高锂膜的均匀性和稳定性。该研究结果可以为液态锂靶的工程实践提供一定的参考,为硼中子俘获治疗的稳定运行提供了一种可行的办法。

对空间微波器件阴极热子组件的可靠性进行了加速寿命试验。实验表明热子寿命与施加电压极性强相关,当热子接电源负电压,阴极接正电压时,热子组件的寿命远高于反向接电方式。进一步实验表明,热子短路和断路的原因主要是浸渍发射材料扩散进入了热子组件绝缘层。为此,在阴极基底与热子组件之间加一隔板隔开,既避免了热子的短路,又延长了阴极的寿命。为提高阴极的热效率和耐冲击性能,采用钼钌合金焊料将阴极饼与支撑筒焊接在一起的方法。

本文通过地面模拟实验研究了乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）材料在低地球轨道原子氧与紫外辐照协同作用下的退化特性。测试并分析了ETFE在不同原子氧（等效能量5 eV）累积通量和紫外辐照量（波长范围200~400 nm）条件下的质量损失、表面形貌和元素组成变化。结果表明材料剥蚀过程存在两阶段特征：开始阶段由剥蚀导致的材料表面化学键断裂以及挥发性产物逸出引起质量快速损失;后期材料表面形成致密的富碳层,延缓了原子氧的渗透及紫外光化学反应,剥蚀速率变慢。SEM分析表明材料经原子氧及紫外作用后表面由光滑的材料结构变成具有沟壑和孔洞的粗糙材料表面,且透光性消失。XPS分析表明,导致剥蚀减缓的主要原因是脱氟氧化、碳重构,表现为氟碳比大幅度降低。本文揭示了ETFE在低地球轨道原子氧及紫外作用下的动态退化规律,为ETFE材料的寿命评估及耐受空间环境设计提供了理论支撑。

真空绝热板（Vacuum Insulation Panel, VIP）是一种高性能绝热材料,通过真空技术和多孔芯材协同效应实现极低的导热系数,广泛应用于绿色建筑、低温冷链和超低能耗家电等领域,是未来绝热节能材料发展的重要方向。传统的VIP大多以玻璃纤维作为芯材,但存在难降解、难回收、在生产过程中易造成环境污染等问题。植物纤维因其来源广、可降解、绿色环保等特性有望解决上述问题。但由于植物纤维自身导热系数高、力学性能差,需要无机纤维作为增强相以改善VIP整体性能。因此,本研究选用杨木纤维为芯材基体,离心玻璃棉为增强相,制备了一种综合性能优异的复合芯材VIP,测试了复合芯材微观形貌、均匀性以及压缩率、回弹率,并对所制备的VIP热性能、力学性能及老化性能进行了研究。结果表明,杨木纤维复合芯材VIP综合性能优异,伴随离心玻璃棉含量从0%增加至75wt.%,杨木纤维复合芯材的导热系数下降31.78%,杨木纤维复合芯材VIP导热系数下降50.05%,拉伸强度增加420.21%,VIP对气压敏感性也在不断降低。

真空腔室是众多真空设备的重要组成部分,对其进行合理设计和计算是保障真空设备安全运行的基石。本文以某空间环境模拟设备的真空腔室为例,探讨了按设计手册公式法、GB/T 150图算法和GB/T 4732公式法对真空腔室壁厚的设计,得出按设计手册公式法设计的壁厚偏安全;通过对其强度和稳定性进行有限元分析,把按标准设计结果与有限元分析结果进行对比分析,GB/T 150图算法、GB/T 4732公式法和ANSYS非线性屈曲分析得到的本真空腔室的许用外压力值比较接近,可为真空腔室可靠性及经济合理性提供参考。

EUV光刻机也叫极紫外光刻机（Extreme Ultraviolet Lithography）,它是以13.5 nm波长的极紫外光作为光源。由于极紫外光易被包括空气在内的所有物质所吸收,因此EUV光刻机只能在真空环境下运行。与此同时,EUV光刻机对真空系统有着特殊的要求,与EUV光刻机有着良好兼容性的真空系统对提高EUV光刻机的寿命和良率有至关重要的影响。通过EUV光刻机中的关键架构和工艺所涉及的真空技术,介绍和探讨了EUV光刻机主要腔室特定真空环境的获得、兼容性设计、真空系统的材料对光刻质量的影响以及真空环境下的污染监测方法。

加热体参数是影响真空烧结炉温度均匀性和工件烧结质量的关键因素。本文通过正交试验研究了加热体直径、加热体距炉壁距离和加热体数量对炉内温度均匀性的影响,结果表明：加热体数量对温度均匀性影响最大,加热体距炉壁的距离次之,而加热体直径影响微弱。优化后的参数为加热体直径36 mm,加热体距炉壁的距离65 mm,加热体数量10根,加热体间距150 mm。相较于原始方案,工件间的最大温差减小44.0 ℃,降低了36.25%。本文工作可供真空烧结炉的加热体设计与优化参考。

本文针对DBC基板氧化、均匀化快速升降温、连续生产等问题,设计了连续式IGBT真空焊接设备,其长期使用温度400 ℃、工作真空度1 mbar、极限真空度0.1 mbar。详细介绍了设备连续式运行时的逻辑,IGBT芯片在载具上依次经过进口平台、预热腔、焊接腔、冷却腔和出口平台,采用甲酸作为还原剂,通过对真空焊接过程进行温度、压力等参数的控制完成IGBT芯片的真空焊接工艺过程,并对设备布局及动作逻辑、反应腔体、真空系统、气路系统、其它机械系统以及电气系统进行设计。设备装配调试完成后,根据IGBT芯片的真空焊接工艺进行了试验,其空洞率<1%,设备性能均达到车规级要求。

真空电机作为特种电机的一种,目前在航空航天、半导体、科学仪器、大科学装置等领域应用广泛。不同应用场景,对传动部件有不同的要求,诸如部件材料可能挥发出的挥发物种类、材料本身的放气、散热特性及是否具有抗辐射性能等。真空电机内部包含定子、转子、线缆和轴承等,材料复杂多样,放气特性对真空系统的稳定性影响大。在国产真空电机中择优选出真空性能出色的不同机型,以小孔流导法为理论依据对电机真空放气特性进行了测试和分析。同步对真空电机进行了抽真空对比测试。通过搭建真空测试系统,结合质谱分析等测试,得到了真空电机静态下的真空度、放气率、气体成分随时间的变化规律。在未加烘烤的前提下,20 min后国产真空电机最优真空度可达2×10^-4 Pa;10 h后H₂O分压1×10^-6 Pa,C_xH_y分压1×10^-8 Pa。对相关放气率测试,国产真空电机的选型、技术优化和质量提升,以及国产化替代等有参考价值。

传统冻干机真空系统具有非线性和时变性特点,常规PID控制算法难以满足其高精度真空控制要求。为提高冻干机真空控制性能,对冻干机真空系统进行了优化,设计出智能优化的模糊PID控制器,通过人工蜂群（ABC）算法优化调整模糊控制器的输入论域,同时根据阀控真空特性修正控制器输出量,有效抑制了系统的非线性和时变性影响,提高了真空控制的动态性能。实际测试表明,应用新系统后冻干机真空控制性能在调节时间、超调量和稳态误差上均优于常规PID和模糊PID控制系统。该智能真空控制系统可有效提高冻干过程中冻干机内的真空控制能力,从而保障冻干工艺准确、顺利地实施。

本文提出一种基于波分复用（WDM）的单模光纤收发器（SMF收发器）,用于替代真空镀膜多电源控制系统中的传统多模光纤收发器（MMF收发器）。通过对比两种收发器在20 kHz、250 kHz与1 MHz信号的上升/下降时间传输时延实验,证明使用SMF收发器控制方案在减少50%光纤用量的同时,实现了等效或更优的时序性能（例如20 kHz下,上升时间缩短85%）。分析表明,使用SMF收发器将光纤链路数量从2N降低至N,有效解决了大规模部署中的布线与维护难题。成本分析显示,使用SMF收发器控制方案可降低约33%的总体拥有成本,但其对波长精度与温度稳定性的敏感性需在工程设计中予以考虑。

针对超高真空密封装置泄漏故障检测中单次真空氦质谱检漏易受氦气分布不均干扰导致精度不足的问题,本文提出基于BLUE算法的超高真空密封装置故障检测方法。设计真空氦质谱检漏仪,对其最低可检漏率实施校准,运用校准后检漏仪测得超高真空密封装置的泄漏率,结合BLUE算法融合不同时刻下氦气不同分布浓度时检漏仪测得的装置泄漏率,得到最低方差的累积泄漏率检测结果,实现装置泄漏时的故障检测。该方法检测结果显示,在实验中的9个液氦杜瓦储罐中,C3与C6两个储罐的超高真空夹层漏率值分别为2.16×10^-12 Pa·m³/s与1.31×10^-12 Pa·m³/s,均不满足小于10^-12 Pa·m³/s的漏率要求,表明二者均存在泄漏故障,其中,C3的泄漏故障更为严重;该方法漏率检测结果的平均相对误差仅为0.054,且无明显波动,检测结果与实际情况相吻合。该方法显著提升了微小泄漏检测的精度与可靠性,为超高真空密封装置的性能评估与维护提供了技术支撑。