流量阀作为分子束外延（molecular beam epitaxy,MBE）系统的核心部件,其几何精度直接决定镀膜室内分子通量的控制性能与薄膜沉积的稳定性,阀芯偏斜会对分子通量产生影响。研究采用实验与模拟相结合的方法,系统探究不同倾角对分子流量的影响。通过搭建由砷蒸发腔、流量阀、裂解源和镀膜腔组成的实验系统,利用质谱仪测量不同阀芯行程下镀膜腔中砷原子信号计算本底等效压力（background equivalent pressure, BEP）,作为分子通量的表征参数。实验结果显示,BEP随阀芯行程增加呈线性增长,当行程超过80%后,增速趋于平缓。在模拟计算方面,基于角系数模型分析了不同阀芯结构及行程对流量阀出口压力的影响。计算结果表明：在三种方向倾角下,阀芯行程为1~2 mm时,出口压力相较于原始结构有所下降,最大降幅为18.4%;而在其他行程下出口压力则上升,最大升幅为6.09%,且随着行程继续增加,升幅逐渐减小并趋近于零。倾斜角度越大,出口压力偏离原始值的程度也越大;当阀芯行程增至16 mm时,该偏差逐渐减小并最终趋近于零。

采用双腔电子束蒸发系统,结合改进型无底三氧化二铝坩埚与分步蒸镀工艺,显著提升了铝膜的致密性与均匀性。在4英寸硅衬底上沉积1 μm厚铝膜的对比实验中,系统评估了电子束蒸发与磁控溅射两种方法在电阻率、均匀性、反射率及致密性等关键性能指标上的差异。结果表明,优化后的电子束蒸发技术所制备的铝膜在电阻率、均匀性与反射率方面均优于磁控溅射样品;而在致密性方面,两种方法未表现出显著差异。该研究为重新审视电子束蒸发与磁控溅射在铝膜制备中的性能优劣提供了新的实验依据。

为突破氧化镓p型掺杂困难的瓶颈,本文采用射频磁控溅射法在硅（Si）和石英衬底上制备了不同氮掺杂含量的β-Ga₂O₃薄膜,并系统研究了氮掺杂对其结构、光学与电学性质的影响。研究结果表明：氮掺杂并未改变β-Ga₂O₃的基本晶体结构,但对其光学带隙产生了显著的调制作用,随氮含量增加,光学带隙从4.56 eV减小至4.19 eV;霍尔效应测试表明,氮掺杂能够有效调控载流子的浓度与迁移率,并在特定掺杂浓度下实现导电类型从n型向p型的转变;光电性能测试显示,氮掺杂对β-Ga₂O₃ MSM器件的紫外光电性能呈现非单调影响,适量氮掺杂通过抑制暗电流与优化载流子行为,有效提升了器件的光暗电流比与探测性能。

真空电弧冶金是高端特种金属材料制备的核心特种冶金技术,凭借真空环境下低氧化、低气体含量、高纯净度熔炼的独特优势,成为钛合金、镍基高温合金、超高强度钢、难熔金属等关键战略材料工业化生产的核心工艺。真空自耗电弧炉与真空自耗凝壳炉作为真空电弧冶金领域的两大主力装备,分别聚焦大型优质铸锭制备与精密特种铸件成型,广泛应用于航空航天、高端装备、核电能源、国防军工等关键领域。本文系统阐述两类核心装备的工作原理、设备结构与技术特性,梳理国内外技术发展历程与研究现状,剖析当前大型化、精密化、智能化发展过程中存在的技术瓶颈,总结电源系统、电弧控制、凝固调控、真空保障等关键技术进展,最后结合高端材料产业需求,展望真空电弧冶金装备的智能化、大型化、绿色化、一体化发展趋势,为特种冶金装备技术迭代升级与工程应用提供理论参考与技术支撑。

以某型热等静压炉用双层筒壁芯筒为研究对象,基于圆筒屈曲理论,探究等剪切力预应力钢丝缠绕层对芯筒屈曲失效行为的影响。采用弹性预应力屈曲分析与弹塑性屈曲分析两种数值仿真方法,将仿真得到的外压屈曲临界压力与基于经典Bresse-Bryan公式的解析值进行对比验证。结果表明：Bresse-Bryan公式的解析值与数值仿真结果存在显著偏差,且解析值偏高,无法准确表征芯筒的实际外压承载能力;相较于弹性预应力屈曲分析结果及解析值,弹塑性屈曲分析的计算结果与实际承载特性的吻合度更高。进一步探究双层筒壁的层间间隙、滑移效应及水冷槽结构对芯筒外压屈曲临界压力的影响,发现层间间隙增大、界面摩擦系数降低及水冷槽的设置,均会导致芯筒外压屈曲临界压力下降。本文研究成果为预应力钢丝缠绕芯筒结构的外压屈曲失效分析提供了理论支撑与工程设计指导。

真空悬浮熔炼炉具备无接触加热、高纯净度和低污染等优势,广泛应用于高性能金属材料制备。该过程涉及多物理场耦合与工艺参数的非线性映射,关系复杂,传统依赖经验与试验的方法难以实现精准控制。本文构建基于热力学与电磁学原理的机理模型,结合历史运行数据修正了边界条件与参数,形成了面向熔炼过程的数字孪生体,实现了虚实一致的动态建模与更新。在此基础上,引入物理信息机器学习方法,在物理边界约束下训练AI工艺参数预测模型。将AI预测参数用于实际熔炼,所得数据反向优化机理模型与AI模型,形成了闭环优化框架。该框架显著提升了机理模型精度与AI预测可靠性,实现了工艺自适应控制与智能化生产,突破了传统经验控制与纯数据驱动模型的局限,构建了机理可解释与AI自适应相融合的智能控制新范式,为高端真空冶金装备的数字孪生、智能化升级及行业整体技术进步提供了参考。

高氮钢（HNS）因其优异的强韧性、耐腐蚀性及高温稳定性,在航空航天、能源装备和高端制造等领域具有重要应用价值。加压电渣重熔（PESR）作为当前工业化制备高氮钢的核心工艺,其关键在于维持熔炼过程中结晶器冷却水压力与炉内气体压力的动态平衡,以防止因压差导致结晶器变形甚至失效。本文系统综述了高氮钢制备方法及PESR工艺的发展现状,重点分析了气-水压力平衡系统的技术需求,并对比了独立控制式与联动控制式两类主流设计方案。文章进一步探讨了活塞-缸筒结构的设计要点,强调增大活塞有效面积、提升加工精度及选用耐磨耐蚀材料对提高系统密封性与控制精度的重要性,为国产高性能PESR装备的自主研制提供理论支撑与技术参考。

针对高温高真空热处理炉在钽粉烧结过程中存在的温度稳定性与均温性问题,本研究提出了一种基于钽电解电容器阳极块体积收缩特性的新型校温方法。通过压制特定规格的钽阳极块（1 g钽粉,直径6 mm,压制密度5.5 g/cm³）,在1 500~2 000℃烧结条件下,结合高斯分布3σ原则建立体积收缩比控制模型。实验结果表明：该方法能有效监测炉膛前、中、后区域温度偏差,当体积收缩比超出置信区间时,提示热电偶衰减需及时更换。与传统测温环校温法相比,该方法具有温度适应力强、精度高（±5℃）的特点,可为钽粉电容器级物料的烧结工艺优化提供可靠依据。

针对真空灭弧室密封失效引发变压器油碳化的难题,提出一种基于真空度-电弧能量耦合模型的安全状态识别方法。通过解析真空灭弧室内金属蒸汽扩散特性（压力≤10^-4 Pa）,建立紫外光辐射、振动信号与乙炔增长率的协同判据。根据变压器真空有载分接开关的马尔可夫约束条件,定义分接开关拓扑回路中的电阻均值,进而求解分接开关电气应力方程,完成变压器真空有载分接开关电气应力解析,利用电气应力方程,提取分接开关的瞬态冲击分量与敏感频带分量,推导分接开关的电气应力方程,以求解开关运行的安全状态阈值,实现对变压器真空有载分接开关运行安全状态的识别。结果表明,根据振动信号与电力信号有效判定变压器真空有载分接开关的实时调压状态,有利于保障开关运行状态识别结果的准确性。

为突破现有肿瘤细胞铁死亡监测技术实时性差、侵入性强的瓶颈,构建融合高真空环境与压电谐振原理的非标记、非接触式动态监测途径设计具备高Q值（>10⁴）的压电谐振器件,并搭建极限真空度达10^-4 Pa的谐振传感系统,泄漏率低于10^-8 Pa·m³/s。通过在肿瘤细胞模型中施加铁死亡诱导剂,实时采集谐振频率漂移、阻尼变化及质量响应信号,结合傅里叶变换与主成分分析提取信号特征。实验表明,高真空环境显著抑制气体阻尼与热噪声干扰,提升谐振响应灵敏度;诱导60 min内频率偏移超过18.1 Hz,阻尼变化幅度达21.0%,与细胞ROS水平和铁离子浓度高度相关（R²=0.81）。建模分析显示,Q值随真空度提升呈非线性增长,实验条件能达到的范围内,最佳监测真空区间为10^-3 Pa左右。高真空腔体通过增强Q值与降低背景干扰,使传感器具备捕捉细胞振动模态变化的能力,能够实现细胞层面肿瘤铁死亡过程的高精度、非侵入、非标记动态检测,对真空生物传感技术拓展及肿瘤诊疗手段创新具有重要意义。

以玻璃纤维与不同含量、成分的相变微胶囊为原料,采用湿法成型工艺,制备了储能式纤维增强真空绝热板（VIP）复合芯材。随着相变粉末含量由0%增至45%,导热系数受固相传热影响从2.61 mW/（m·K）升至4.84 mW/（m·K）,其中含37℃相变材料的芯材综合性能最优（2.84 mW/（m·K））。通过将单层芯材厚度从2 mm减薄至0.8 mm,导热系数可显著降至2.22 mW/（m·K）。真空度对性能影响显著,内压低于100 Pa时性能稳定,反之导热系数急剧上升。尽管相变材料的引入使初始内压略有升高,但有效抑制了静置期间的内压增长,提升了板材的长期服役稳定性。该储能式纤维增强VIP在保持优异隔热性能的同时,赋予芯材蓄热调温功能,在节能降耗领域展现出重要的应用价值。

为抑制大气激光熔覆导致的涂层氧化缺陷,本研究采用真空激光熔覆技术制备316L不锈钢涂层,系统探究了真空度（由低至高）对涂层微观组织与性能的影响。结果表明,随着真空度提升（氧含量降低）,涂层中氧化物夹杂显著减少,晶粒得到明显细化：一次枝晶间距由大气环境下的14.52 μm降低至高真空条件下（10^-1 Pa）的5.84 μm。与此同时,涂层气孔率由常压条件下的2.85%显著下降至0.12%,裂纹密度随真空度升高持续降低,并在10^-1 Pa条件下趋近于零。得益于组织净化与晶粒细化的协同作用,涂层的显微组织完整性显著改善,为其力学性能与耐服役性能的提升奠定了结构基础。本研究证实调控真空度是提升激光熔覆涂层质量的有效途径,为高性能涂层的真空制备提供了依据。

真空环境（10~1 000 Pa）在多孔介质中引发独特的气-液界面行为与传质过程,显著影响多相渗流效率及介质结构响应。多孔介质中的多相流动与地质力学变形过程之间存在复杂联系,特别是在强震断层环境中,这种联系是影响地质二氧化碳封存等地下工程的安全性与稳定性的关键因素。本研究提出了一种新型耦合模型,综合考虑了气体滑移效应、低压吸附-解吸动力学及动态接触角方程,揭示真空抽吸下,气-液界面演化与多相渗流的互馈机制。通过等效量化渗透压和量化低压梯度对毛细力重构与界面传质的调控作用,建立孔隙-裂隙动态演化模型,并实现真空抽吸过程中低压区传播、气相通道形成及基质收缩的高精度仿真。结果表明：真空度提升至500 Pa时,能够增加气-液界面迁移速率,扩大固-液接触角,显著优化脱水效率。而在更高真空度（200 Pa）下,界面迁移速率进一步加快,脱水效率在10 min内即接近稳定状态,远优于较低真空条件下的表现,这一结论指出真空度的提高通过降低孔隙内残余压力、重构毛细力平衡和增强界面推进速率,可以成为实现高效脱水和低残余饱和度的关键因素,为真空脱水工艺的参数优化提供了直接依据。本模型为真空脱水技术、多孔过滤介质设计及表面处理工艺提供理论支撑。

恒定真空场用于细长管腔器械清洗时,因流导受限,轴向真空衰减达0.015~0.02 MPa,易引发沸腾传质分布不均问题,管腔末端污染物残留率超25%,制约当前管腔清洗技术的发展。为此,提出并构建主动可编程的动态真空场,依托梯度补偿、速率调控与时序匹配的调控特性,解决传统静态真空场被动适配不足的传质难题。基于四类典型管腔流导差异,建立动态真空参数设计方法,结合多场耦合仿真与实验验证,构建污染物脱附率与传质均匀性量化模型。结果表明,与传统恒定真空方法相比,动态真空场可将管腔全域真空波动控制在0.003 MPa以内,降幅达70%~76%;四类管腔污染物脱附率均突破90%,清洗液流速与体积传质系数分别实现100%~135.7%与33%~35%的提升。所建量化模型拟合优度均超0.9,平均相对误差<4.2%,可为不同规格管腔真空清洗系统的精准设计提供普适性指导工具。

为解决高寒高海拔隧道中传统重力排水系统易因冻结堵塞与低气压而失效的问题,研究真空排水系统在极端环境下的设计与系统运行可靠性。构建含气压、温度、渗流修正因子的系统设计方程,提出泵效环境修正模型与分区冗余布设策略,并在高原隧道完成实地部署与运行监测。基于SCADA平台,考虑密封退化、流阻升高与泵效波动为主导扰动机制,建立真空度与环境参数的耦合响应模型。结果表明：系统管内相对压力可稳定维持在-75~-60 kPa,波动小于3.5 kPa,极寒条件下维持率达98%以上。对照试验验证了密封结构与热控措施对系统稳态运行的显著提升作用。研究系统性建立了适用于高寒高海拔环境的真空排水设计理论与运行控制方法,为寒区隧道排水工程提供理论参考。