材料在真空环境中的放气行为是高/超高真空系统中主要的气源之一,影响着真空腔室的真空获得时间、极限真空和残余气体组分。真空系统的性能与材料的放气特性密切相关,而这些特性又取决于材料种类、生产工艺、表面状态、微观结构及存在的外部环境等多种因素。本文综述了在真空环境下材料的放气机理、影响因素及测试技术,探讨了在真空器件中广泛应用的表面改性技术对材料放气行为的影响,并对影响机制进行了探究。此外,本文还探讨了高能粒子照射、机械应力、电场等物理场下材料放气行为的变化和影响机制,为真空设备的优化设计和工程应用提供了理论依据和技术参考。

溅射离子泵（sputter ion pump, SIP）是一种广泛应用于超高真空和极高真空环境中的真空设备,其具有结构简单、使用寿命长、无油、无振动、无噪音等优点。将非蒸散型吸气剂（NEG）材料以泵芯的形式嵌入溅射离子泵中,是提升极限真空度的有效方法。本研究设计了一种新型的嵌入式结构,采用直流磁控溅射方式,利用双同轴圆柱环状磁体靶在溅射离子泵腔体内壁沉积NEG薄膜。该结构一方面可减少腔体内壁材料的放气,另一方面可增强对活性气体的吸附能力,从而提高溅射离子泵的极限真空度。实验选用成分比例一致的钛锆钒合金作为NEG材料,重点研究镀膜过程中薄膜的厚度均匀性,分别考察工作气压与溅射功率对腔体内壁薄膜横向与纵向均匀度的影响。研究结果表明,提高工作气压和溅射功率均可改善薄膜的均匀性,且对纵向均匀度的影响更为显著。同时,靶基距D与基板宽度W的比值β对薄膜均匀度具有显著影响。

核心蒸发元件陶瓷蒸发舟的寿命限制,导致真空连续蒸镀技术在复合集流体行业应用仍然受限,针对TiB₂-BN复相陶瓷体系,基于不同组分构成,系统开展其腐蚀行为的差异化分析,深入探究各组分对材料腐蚀过程、腐蚀机制及腐蚀性能的影响规律。对复合集流体用蒸发舟的腐蚀过程进行跟踪,利用XRD、SEM等技术对腐蚀过程的微区成分、结构变化进行了表征,并对蒸发舟表面不同腐蚀区域进行成分分析,确认TiB₂-BN陶瓷蒸发舟失效机制为表面BN成分消耗,腐蚀产物为AlN,覆盖在舟体表面,铝液滴落位置形成团聚AlN;TiB₂颗粒呈层片状剥蚀,聚集在蒸发舟边缘,TiB₂作为导电相导致局部电阻降低,引起局部电流增加、热量集中进而造成铝液飞溅。

为解决真空磁控溅射镀膜设备因传动链扭振与磁路干扰导致的传动系统的控制精度低、响应迟缓问题,研究了PVD涂层真空磁控溅射镀膜设备优化传动控制技术。基于真空磁控区域,明确振动传递目标,并以该目标为导向,加装阻尼减震器以抑制外部磁路干扰,实现传动链的扭振隔离。在隔离状态下,采用集成传动方式,通过增设衔铁抵消磁阻,在传动链上建立调度关联,实现虚拟阻尼的传动集成。采用交叉闭环方式,按照传动集成顺序进行协同处理,以实现最终控制任务。实验结果表明：提出方法得到的镀膜设备传动控制时延基本保持在0.5 s以下,重复传动控制定位最高精度可提升至97%,反映了传动控制效果的强化,凸显其优越的性能。

隔热屏对真空炉的保温效率和温度均匀性具有直接影响,决定了其能耗、加热效率和工件质量。文章介绍了隔热屏材料类型、物理性能及增强涂料物化特性;梳理了隔热屏的四种基本结构,分析了它们的适用条件;总结了隔热效果的影响因素及评价指标。为满足真空炉的高隔热与精准控温需求,未来应致力于新型金属与非金属组合隔热屏的模块化、区域化与集成化设计,旨在实现不同炉型多工况下隔热屏的在线智能检测与控制。

本文系统研究了真空烧结对Si-Ca体系钢渣陶瓷材料烧结特性、微观结构与力学性能的影响研究。通过对比真空下与常压条件下烧结材料的体积密度、吸水性、抗折强度及其显微结构的变化,探究了真空环境对陶瓷（钢渣、铁尾矿和粉煤灰等工业固体废弃物烧结而成）烧结过程的性能影响。研究表明,真空烧结可显著提高同等温度条件下（W系-1 105℃、F系1 130℃）陶瓷材料的体积密度、降低其吸水性,在较常压烧结至少低20℃的温度下达到相近的致密化水平,使抗折强度提高10%~12%。结合微观测试推测,真空环境可能促进了晶相的定向生长与优化分布,形成了更为致密均匀的微观结构。本研究为工业固废基陶瓷材料的低温高性能烧结提供了有效的工艺方案,对推动固废资源化与节能制造技术的发展具有参考价值。

大型真空感应炉是高温合金生产的核心主力设备,过去几十年内这种高端设备基本上被美、德等国际知名企业所垄断。面临复杂的国际形势,我国在大型真空感应炉领域内势必要实现国产替代。文章以大型真空感应炉为研究对象,深入分析了国外主流的几种大型真空感应炉宏观架构特点;然后分别介绍了几种国外主流的大型真空感应炉产品架构;最后,在吸收国外先进经验的基础上提出一种可满足3~30 t量级的大型真空感应炉的全新架构。

基于航天器氦质谱检漏技术,提出了一种气体标定测试物体体积的非接触测量方法,建立了体积测量数学计算模型,通过理论分析与实验研究,探究被测物体体积与气体标定测试数据变化率之间的关系。以空间为27 m³的长方体密闭容器为载体,被测物体体积与气体标定数据拟合斜率呈线性关系,实验表明被测物体体积应不大于容器体积的50%。此外,研究了容器体积对气体标定测试数据变化率的影响,分析了容器体积与气体标定数据变化率的幂函数关系,容器体积越小,被测物体体积测量准确性越高,最优气体标定数据变化率区间为10^-8 s^-1量级。本研究为后续气体标定法进行非接触体积测量提供了理论基础与实验方向。

为保障医用真空系统长期稳定地运行需要定期检漏。传统方法的检漏过程需停机且效率低,本文提出一种基于超声波信号与深度学习诊断模型结合的泄漏检测与真空驱动自渗透原位修复一体化技术,可以实现微小泄漏的快速识别和原位密封,保障系统连续运行。该方法利用高灵敏度压电传感器捕获负压环境下的结构声信号,通过CNN-LSTM深度学习模型自动提取时空特征,实现微米级泄漏点的高精度识别与定位;随后,利用真空压差驱动低黏度密封胶形成强制黏性流,实现泄漏通道的深度灌注与固化封堵。实验结果表明,该系统在复杂噪声环境下平均诊断准确率达97.1%,修复后真空度稳定恢复至86.7 kPa。该研究实现了医用真空系统在不停机状态下的高效在线检测与修复,为真空工程装备的智能运维提供了技术参考。

现有研究大多孤立考虑电场或力场,难以准确表征多物理场耦合作用下的灭弧室动态行为,导致灭弧室开断性能不佳。对此,本文提出了面向智能电网的真空断路器灭弧室多物理场的仿真与设计。基于MaxweⅡ方程构建电场模型,利用高斯电场定律分析电荷与电势关系,并通过法拉第电磁感应定律考量动态过程中的感应电场。依据安培定律计算电磁力,并构建出力场模型,进而建立电场与力场参数的耦合关系方程。建立了电力双向耦合的瞬态仿真模型,突破了传统单一物理场分析的局限。为精确评估灭弧室性能,首次提出了电场均匀性与电磁力稳定性的量化指标,并将断路器的换流回路参数群组设为优化变量,结合电场强度对电场均匀性进行量化,进而通过计算平均电磁力实现电磁力稳定性量化,结合机械应力最小化构建出多目标优化函数。实施电感以及电容约束,并结合非支配排序粒子群（NSPSO）算法进行协同优化,借助非支配排序操作实现换流回路参数群组的更新迭代,最终输出最优的真空断路器灭弧室结构参数方案。结果表明,采用此方法对灭弧室进行仿真与优化设计后,其触头磨损量约为0.6 mm,具备较为理想的开断性能,显著提升了灭弧室在短路开断工况下的电气寿命与运行可靠性。

为应对瞬态场耦合形成的强电磁干扰源对真空断路器电磁兼容性造成的问题,提升真空断路器的抗电磁干扰能力,本研究提出瞬态场耦合下的真空断路器电磁兼容性优化方法。该方法在瞬态场耦合分析下将电磁转矩纳入失效率模型,以真空断路器平均无故障时间作为兼容性失效指标;结合真空灭弧室内部屏蔽罩和触头的设计参数,确定电磁兼容性优化模型,结合改进深度学习实现真空断路器电磁兼容性多参数协同优化。结果显示：优化后电场分布均匀度提升至5.1%~6.6%,有效避免其在电磁转矩突变下的磁场耦合;有效抑制电磁场干扰强度,电磁场干扰强度最小值为3.66 mT,最大值为7.25 mT。

为满足航天、核电等领域真空装备中紧固件缺陷高精度检测需求,评估ZnSe作为红外窗口材料在热稳定性、光学性能及放气控制方面的适应性。构建材料性能与识别效果关联模型,结合8~12 μm波段光学分析及热力学、真空放气建模,量化成像质量影响机制。搭建真空实验平台模拟热循环、微粒冲击及长期放气工况,对比ZnSe与Ge、AMTIR-1性能。结果显示,ZnSe真空透过率达75%,信噪比提升至45~50 dB,边缘锐度≤3像素;缺陷识别准确率93~95%,误判率≤3%、漏检率≤2%。500 h运行与100次热循环后,材料的透过率相对衰减0.8%,无裂纹,放气率≤5×10^-9 Pa・L/（s·cm²）,密封稳定。研究表明,ZnSe具备优异真空红外成像性能与环境适应性,适用于复合机器人热成像识别系统,为真空检测装备提供关键材料支撑。

为满足核工业复杂工件电子束焊接工艺需求,本文提出了一种局部真空电子束焊机设计方案。详细阐述了该设备的总体结构设计框架,并构建了由主室（焊接室）、副室、电子枪室及过渡小室组成的局部真空系统。在密封结构上,创新性地提出了一种“正负压协同驱动”的充气密封系统,通过气囊内部充气与外部抽气的联合作用,显著提升了密封界面接触压力,并结合双重气囊串联布置与过渡室真空阻隔机制,形成多重防护密封结构,有效解决了局部真空室在动态工况下的真空保持难题。实验测试结果表明,各真空室的真空度及其建立时间均满足设计指标要求,并通过了工作真空度、极限真空度、压升率等关键指标的测试,进一步验证了局部真空技术的有效性。本研究提出的正负压协同密封结构及主副室协同作业模式,为核工业长尺寸、两端开口等复杂工件的局部真空电子束焊接提供了可工程化应用的解决方案。

为解决建筑节能领域中真空绝热板（VIP）在长期服役下因真空维持失效导致的绝热性能劣化问题,本文研究了真空绝热板真空维持状态的原位监测技术,并据此建立了建筑节能动态调控策略。搭建了多模态真空状态监测平台,实时原位采集VIP芯材真空维持状态的关键参数;结合改进粒子滤波算法,构建了真空衰减动力学模型,动态预测VIP在不同严苛气候条件下真空维持能力的退化轨迹;开发了基于深度强化学习的建筑围护结构动态优化系统,耦合BIM模型与实时真空状态监测数据,自适应调节建筑能源管理系统运行参数。研究表明：该研究实现对服役中VIP真空维持状态关键参数的原位、连续、精准监测;所构建的真空衰减预测模型为评估VIP长期服役可靠性提供了新方法;基于真空状态实时感知的优化系统能有效补偿真空衰减导致的绝热损失,显著降低建筑能耗。

在真空系统中介质压力脉动与阀板开度的动态耦合会严重威胁系统的真空密封性,加剧阀体的应力分布不均匀及变形,进而降低阀体的失稳载荷。因此,文章分析了流体介质作用下新制三偏心真空蝶阀阀体动态失稳临界载荷。基于ANSYS Workbench平台,建立三维参数化模型,进行真空/低压流体介质（150℃水蒸气,克努森数范围0.003~0.1,滑移流区）非定常流动与阀体结构间的双向流固耦合（FSI）计算。在流体域中,采用k-ω SST湍流模型精确模拟复杂流动特性,计算流体作用力分布。在结构域中,基于弧长法进行几何非线性屈曲分析,精准捕捉阀体在流体作用力下的失稳行为,绘制位移-载荷曲线,确定介质压力脉动与阀板开度动态耦合下的失稳临界载荷。结果表明：300 Hz介质压力脉动与阀板90°开度耦合工况下,阀体动态失稳临界载荷最低,仅为3×10³ Pa,失稳风险最高,容易导致密封失效和真空度破坏。