镍基高温合金因其优异的高温力学性能被广泛用于燃气轮机热端部件,但在950℃以上长期服役时易发生快速氧化而失效。本研究旨在利用电弧离子镀技术在IN925镍基合金基体上沉积NiCoCrAlY涂层,并系统评估基体和涂层在950℃ 和1 050℃空气中的等温氧化性能与机制。通过200 h氧化动力学测试及三维共聚焦显微镜、能谱分析、X射线衍射和扫描电子显微镜等表征测试方法进行分析。结果表明：涂层表面能快速形成连续致密且附着力良好的α-Al₂O₃保护膜,使950℃和1 050℃下的氧化速率分别较无涂层基体降低19.6%和21.9%;无涂层基体表面生成Cr₂O₃、NiCr₂O₄和TiO₂等多相疏松氧化物,易剥落失效。因此,电弧离子镀制备的NiCoCrAlY涂层能显著提高IN925合金的高温抗氧化性能。

为了改善低气压下靶前等离子体的空间分布,揭示工作气压对Cr靶HiPIMS放电与涂层性能的影响规律,本文调整电磁场结构,在靶前引入辅助阳极,成功实现在低工作气压（0.1 Pa）下稳定放电,系统研究了0.1~1.2 Pa范围内工作气压对放电特性以及涂层组织结构和性能的影响规律。采用复合直流高功率电源,保持脉冲电压、脉冲宽度与总功率恒定,分别制备了四组Cr涂层,通过对涂层截面形貌、相结构、表面粗糙度及力学性能进行分析,随着工作气压从1.2 Pa下降到0.1 Pa,脉冲放电过程由气体放电主导向金属放电主导过渡,涂层沉积速率从2.39 μm/h降低到1.53 μm/h。由于气体分子的遮挡效果减弱,等离子体能量提高,入射离子能量提高,导致晶粒尺寸逐渐减小,在0.1 Pa时降低到26.82 nm,同时表面粗糙度从2.45 nm降低到1.27 nm。工作气压的降低可显著影响涂层的界面失效行为,涂层-基体结合力从1.2 Pa时的3.8 N提高到0.1 Pa时的6.8 N,这与真空度升高带来的涂层纯度提高有关。低气压（<0.2 Pa）有利于获得表面更平整、致密且结合力更高的Cr涂层;较高气压（≈1.2 Pa）则获得更高硬度/模量,但粗糙度与界面完整性相对下降。

随着摩尔定律逼近物理极限,先进封装成为芯片性能突破的关键。玻璃通孔（TGV）因低介电常数、低损耗及低成本优势展现巨大潜力。但TGV填铜面临高深宽比通孔种子层覆盖不均、金属与玻璃结合力不足等挑战。文章通过磁控溅射制备 TGV铜种子层对其局部电场展开研究,构建真空腔体电场模型并结合有限元分析,探究基板类型、靶面与基板间距、直流偏压及通孔预镀翻转对通孔内电场的影响,揭示金属离子迁移与成膜机理。研究结果表明：玻璃基板内形成有效电势差与垂直电场,使金属离子抵达孔底,但横向电场仅集中孔顶致侧壁覆盖不均。减小间距与增大偏压能增强电场,却难改善横向电场分布。通孔预镀、翻转后,底部金属种子层可诱导横向电场,实现离子横向沉积,且种子层生长的等电势效应保障成膜均匀性。本研究为金属离子化磁控溅射在TGV种子层制备提供理论与技术参考。

低真空管道超高速列车通过真空系统抽除管道内的空气以获得低气压环境,并结合磁悬浮技术,实现列车在低空气阻力、无轮轨阻力条件下超高速运行。真空管道巨大的容积和超长距离,为真空系统设计抽气时间的计算、管道内温度场的分析及抽气管道布置的优化带来了挑战。以全长100 m的“nu”型结构真空管道段为研究对象,采用计算流体力学（CFD）数值模拟与真空理论计算相结合的方法,开展了低真空环境建立过程的瞬态特性研究。研究结果表明：受理论推导的简化和复杂管路流导的影响,绝热工况下的CFD模拟抽气时间较理论计算延长了约6.2%;而在考虑壁面换热的恒温工况下,壁面热补偿效应导致抽气时间较绝热工况进一步延长约25%。流场分析揭示,最大的压力梯度与能量损失高度集中于抽气管道接口及弯头处,特别是90°弯道内侧形成的涡旋结构,是制约抽气效率的关键几何瓶颈。此外,剧烈的气体膨胀导致列车管道内气体降到-121℃左右的低温,这给系统密封件及精密传感器的可靠性可能带来风险。因此,建议在实际工程设计中充分考虑上述分析的结果。文章研究为大型真空管道列车系统的方案设计、设备安全选型及工程风险识别提供了重要理论依据。

介绍了高能同步辐射光源（HEPS）加速器中所用溅射离子泵的性能测试方法与结果。HEPS作为中国首台第四代同步辐射光源,对真空环境的稳定性与可靠性有着严苛要求,以保障其高效稳定运行。溅射离子泵作为维持真空状态的主抽泵,其性能直接影响真空环境质量。文章详细描述了针对该新型离子泵的极限压力与抽速测试方法：极限压力测试经高温烘烤与检漏程序后,测定其稳定最低压力;抽速测试采用动态流导法,利用标准小孔抽取高纯氮气,测定其饱和抽速。测试结果表明,所有型号离子泵的极限压力均达到10^-9 Pa量级,饱和抽速最大值均超过名义抽速,且均满足HEPS加速器真空设计需求。自2024年7月底HEPS储存环开机调束以来,离子泵运行稳定,动态真空满足加速器运行要求。经测试的各型号溅射离子泵性能均可靠,为HEPS加速器的高效稳定运行提供了保障。

干式螺杆真空泵作为一种先进的机械真空泵,凭借其抽速范围宽、无油污染、耐腐蚀及卓越的粉尘处理能力,已成为半导体领域真空获得系统的核心装备。本文系统阐述了干式螺杆真空泵在物理气相沉积、化学气相沉积、刻蚀及硅片制造等半导体领域关键工艺中的应用现状,分析了其在处理强腐蚀性气体、粉尘时的技术适应性。对比剖析了多级罗茨泵、干式爪式泵、干式涡旋泵在半导体工艺应用中的结构缺陷与技术局限。此外,本文结合当前市场格局,分析了国内企业在打破海外垄断、推动国产化替代进程中取得的突破与面临的挑战,展望了面向先进制程的智能化、高洁净度及多学科交叉融合的发展趋势。

为解决干式螺杆真空泵在真空环境下输送腐蚀性介质时,出现的转子腐蚀与压力失衡问题,提出了一种基于AlCrN涂层与模糊PID控制的干式螺杆真空泵平衡方法。通过基材预处理、真空室准备、离子刻蚀清洗及过渡层与涂层沉积步骤,采用磁控溅射技术在永磁铁氧体转子表面制备3~5 μm厚的AlCrN涂层,以提升其本征抗腐蚀能力;设计了由不锈钢盘与石墨盘组成的压力平衡装置,并引入模糊PID控制器,通过实时计算吸气腔与油箱腔之间的压差及变化率,动态调整动静环之间的轴向间隙,实现真空泵的压力平衡控制。结果表明：在真空度为150 Pa时,该技术能显著改善轴向间隙液体静压力分布均匀性;100~1 000 Pa真空度下,轴向窜动量被抑制在0.01~0.05 mm范围内,窜动抑制率最高可达95.7%;当真空度发生突变时,真空泵转子运转同轴度仍稳定在允许范围内(0.010~0.015 mm),有效保障了真空泵运行稳定性与可靠性,为干式螺杆真空泵在输送高腐蚀性介质的工况下,提供了兼具长效防腐与动态稳定性的可靠技术方案。

加速器中子源在工业检测、安全筛查及基础研究中具有重要应用价值,但现有小型氘氘（DD）中子源面临高压打火风险高和长期稳定性差的重大挑战。本研究旨在研制一款小型化且能稳定运行的高性能DD中子源,装置核心基于全永磁微波离子源、双电极引出和钛片水冷靶设计,系统尺寸为长50 cm×宽28 cm×高28 cm。通过采用三磁铁结构设计,在等离子体腔室内能够形成均匀的87.5 mT磁场,可实现40 W低功率点亮等离子体;通过优化引出电极结构,增加电极之间耐压性能,有效抑制高压打火;通过靶的水冷结构建模与优化,显著提升了其散热能力,在保证产额稳定的同时,大大延长靶的使用寿命。优化后,系统在95 kV加速电压和12 mA束流条件下,成功进行了长达66 h,产额1×10⁹ n/s的连续运行测试。实现整机保持高效零打火,充分验证了系统的长期运行可靠性。

真空电弧炉作为特种钢材生产的核心设备,原理是利用自耗电极与金属熔池之间产生的电弧热来熔化金属,恒熔速是电弧炉冶炼过程中主流的控制策略,但该方法极易因终端响应不及时造成铸锭化学成分梯度分布不均匀的后果。使用恒熔滴控制技术作为电弧炉熔炼特种钢的核心技术,并建立稳定的恒熔滴闭环控制方法可有效缓解弊端,但由于系统在终端控制上表现出显著的滞后性,直接影响了熔滴率控制的精度,因此将Smith-PID预估控制器的策略应用到电弧炉恒熔滴控制系统中,能有效地提高系统给进精度。引入Smith-PID预估补偿器抵消被控对象特征方程中的滞后项,确保滞后系统的闭环稳定性。建立电弧炉控制系统数学模型后,具备Smith-PID预估控制器的终端误差幅度仅为1 mm,相比于传统PID控制,精度提高了5倍。经过工业现场实验,从文中描述的控制方式与传统控制方式熔炼出的熔炼成品对比来看,本文描述的控制器生产出的产品在单位体积内密度相对于传统控制方式提升12.14%。

为突破半导体领域传统单工位真空检漏设备效率低、自动化程度不足、人员专业依赖性强、不适用于批量生产的瓶颈,研制了多工位批量产品快速真空检漏设备。设备集成了预抽、主抽与氦检三条独立真空通道,通过高精度阀门和高性能真空泵组结合以PLC为核心的电气控制系统,实现了产品从参数设定、过程控制、数据记录到报告生成的全流程自动化检漏。通过系统测试验证了设备的检漏相对误差为6.2%;平均生产节拍为80 s/件,理论产能达90件/h。结果表明,该设备成功实现了高精度、高效率、高可靠性的多工位批量快速检漏。

根据工程实际需要,以直径9 m大型空间环境模拟器热沉为研究对象,建立流路三维模型,结合计算流体力学（CFD）与传热仿真,分析不同流路设计下热沉温度均匀性等参数。仿真结果表明,液氮流量为120 m³/h,在300 W/m²条件下,热沉采用周向1/2分区时,热沉流速及温度分布差异较大,温度均匀性约±5.9℃,不满足设计指标要求;热沉采用周向1/4分区能有效避免热沉流速及温度分布差异问题,温度均匀性约±4.6℃,满足设计指标要求。实测热沉最高温度为-183.8℃,最低温度为-192.8℃,温度均匀性为±4.5℃。研究成果为后续大型空间环模系统热沉工程应用提供理论支撑和技术参考。

在动态变化的低压环境中,真空回潮工艺可以实现对多相流过程的精确调控,温湿度仅是调控过程中的宏观表征。传统真空回潮控制因真空环境的时变性、非线性和强耦合性,在粗抽、精抽、保压加潮等不同工艺阶段难以建立精确机理模型,导致控制精度不足。为此提出基于深度强化学习的真空回潮机多相流传质传热过程智能调控方法。设定真空回潮机温湿度多目标控制约束条件,结合温湿度耦合关系模拟其动态演化过程;基于DQN智能体强大的环境感知和决策能力,自适应地学习并逼近真空环境下多相流传质传热的复杂动力学模型,生成最优控制策略;调节蒸汽阀门开度和蒸汽压力,实现真空回潮机温湿度多目标优化控制。实验结果表明,与传统控制方法（取两者结果均值）相比,优化设计方法使温度超调量和湿度超调量分别平均降低0.83个和1.8个百分点,温湿度震荡幅值分别平均降低0.36℃和0.42个百分点,平均多目标冲突指数从0.28降至0.03。这证明优化设计方法不仅在控制精度和协调度方面具有显著优势,还为复杂真空工艺过程的智能化、精细化调控提供了一种数据驱动的新范式。

针对电子束炉在重熔过程中存在的X射线辐射问题,提出了一套适用于电子束炉炉壁射线屏蔽的方法。该方法首先根据电子束炉的受力情况进行力学刚度计算,得到壁厚S₁;其次根据电子束炉因电子束轰击靶材产生的X射线进行屏蔽层计算,得到壁厚S₂,并进行屏蔽结构设计;再选择上述S₁和S₂的较大值为设计壁厚,以满足刚度要求以及屏蔽层要求;最后,对设计的电子束炉进行了仿真与实验。结果表明,电子束炉最大应力89 MPa,最大位移2.5 mm,炉体周围半米处最大X射线剂量为0.8 μSv/h,满足设计要求。该方法设计的电子束炉可以满足刚度要求以及屏蔽要求,适合于电子束炉炉壁的设计与计算。

采用传统真空重力熔模铸造工艺生产高温合金及钛合金（含TiAl合金）薄壁复杂铸件易产生氧化夹杂、冷隔、缩松等缺陷,反重力铸造工艺可以很好地解决此类问题。以高温合金、钛合金（含TiAl合金）两大领域为落脚点,首先对以美、日为代表的西方国家应用反重力铸造技术做梳理和总结;然后分析我国在高温合金及钛合金领域应用反重力铸造技术现状与障碍;最后提出我国将反重力铸造技术应用于高温合金及钛合金精密铸造领域的发展思路。

真空自耗熔炼是制备高品质钛合金的核心工艺,但其凝固过程中易受材料特性与外部工艺参数影响,产生宏观与微观尺度的成分偏析,影响铸锭质量与最终产品性能。本文系统综述真空自耗熔炼钛合金过程中的偏析问题,阐述宏观偏析与微观偏析形成机理、分布特征及负面影响等,并探讨有效的偏析控制策略。