HL-2A托卡马克真空烘烤除气性能研究

120℃过热水循环系统对HL-2A主机真空室进行烘烤除气,温升梯度为±1.5℃,持续时间302 h。烘烤过程包含两个恒温阶段,90℃热平衡后真空度达到4.8×10-4Pa,120℃热平衡后真空度达到2.3×10-4Pa。真空室经过烘烤除气后真空度为2.2×10-5Pa。结合实验数据,通过拟合函数建立数学模型对真空度变化规律进行趋势分析,验证了过热水烘烤除气在HL-2A装置真空系统运行中的合理性和重要性,为300℃以上高温烘烤除气方案的制定提供依据。     

上海光源储存环真空系统

上海光源储存环真空系统已于2007年底建成并开始运行.这个真空系统采用了双室结构的薄壁不锈钢真空室,其尺寸公差都小于1mm,真空室安装位置公差都小于2mm;分散的吸收器有序排列在抽气室内,把同步辐射光准直并引入光束线,同时吸收废弃的同步辐射光,把热量转移到真空室外;波纹管内的高频屏蔽机构为单指型,避免了指间接触力和磨擦;(SIP+NEG)复合泵、SIP和TSP共用,采用合理的激活NEG泵和升华钛丝的工艺程序,提供了强大的抽速和容量.真空预调试时各段真空室内的极限真空都达到5×10 -9Pa.全环真空室安装并连通后,大部分真空室不烘烤,只烘烤全环真空泵的情况下,极限真空达到2×10 -8Pa.储存环运行在束流剂量260Ah、能量3.5GeV、流强220mA时,动态压强为0.8×10 -7Pa,束流寿命21h,达到了真空系统的设计指标1.33×10 -7Pa.     

扇聚焦回旋加速器（SFC）真空室改造

介绍了兰州重离子加速器的注入器SFC真空室的基本情况,为满足新建的放射性束流线RIBLL和冷却储存环CSR对HIRFL加速重离子的需要,对SFC真空室进行了改造.新真空室采用二次真空技术,在加速器中心平面真空度达到了8×10-6Pa.     

兰州重离子冷却储存环10-10 Pa 大型超高真空系统

形成并成功地实施一套完整的超高真空获得方案,以满足兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSL)6×10-9Pa超高真空度的要求.这套方案包括合理选择和配置真空排气系统及其他设备、合理选择材料、采用真空炉除气及在线烘烤等有效措施及大幅度降低材料出气率等.首先在样机上获得了5×10-10Pa的超高真空度,然后将样机的成功经验应用于HIR-FL-CSR大型超高真空系统.目前,已建成的各子系统真空度达到了(2×10-9～4×10-10)Pa.     

HIRFL-CSR磁元件真空室样机的研制

从结构设计和真空获得两方面介绍了HIRFL-CSR磁元件真空室样机的研制过程,给出了力学计算和实验结果.样机达到了10-10 Pa的超高真空度,研制结果表明HIRFL-CSR工程大型超高真空系统获得6×10-9 Pa的设计指标是可行的.     

40T混合磁体低温分配阀箱真空系统设计

根据40 T稳态混合磁体低温分配阀箱对真空的要求,对低温分配阀箱真空系统进行了设计,设计结果如下:选择阀箱真空室的壳体形状,通过计算确定出真空室壳体壁厚为12 mm;选择封头形状,对封头强度进行校核,确定封头壁厚为16 mm;对整个真空系统抽真空泵机组进行选型,选出粗抽泵机组由一套ZJ-150罗茨泵和2XZ-30旋片式真空泵组成,主抽泵由一套F-100/110分子泵和2X-4旋片式机械泵组成,可达到阀箱对真空度的要求。     

电子束蒸发TiO_2膜通氧量对薄膜光学性能的影响

研究了不同通氧量对电子束蒸发沉积二氧化钛薄膜的光学性能影响。随着氧气流量从37.4×10-3Pa·m3·s-1增加到61.2×10-3Pa·m3·s-1,真空室的真空度从1.4×10-3Pa变化到2.5×10-3Pa,可以得到不同光学性能的二氧化钛薄膜。采用分光光度计测试其光谱,结果发现Ti O2薄膜的透射率峰值随着真空度降低而增大,折射率和消光系数随真空度降低先升高后降低。在真空度2.0×10-3Pa的工艺条件下,成膜质量最优,透射率为92%,折射率在2.50~2.20之间,消光系数在10-4以下。根据Cauchy方程拟合其色散规律,拟合曲线和采用包络法计算得到的曲线较好重合,折射率随波长的变化公式为n(λ)=2.17+6.12×104/λ2+2.98×108/λ4。     

特大型超高真空排气台的研制

为满足中科院高能物理研究所环型正负电子对撞机项目650 MHz/800 kW连续波速调管的超高真空排气需要,北方华创真空研制了由无油干泵和磁悬浮分子泵作为预抽系统,溅射离子泵作为主抽系统的特大型超高真空排气台。设备以温度和真空度作为主要工艺参数,对尺寸达到Φ1600 mm×5000 mm的连续波速调管进行高温真空烘烤排气,极限真空度优于8.0×10~(-8) Pa;烘烤温度25～600℃连续可调,温区均匀性±5℃,具备充氮快速降温功能,整个工艺过程实现自动化控制。     

EAST装置等离子体放电真空室抽气系统抽速标定及应用

真空系统是聚变装置的重要组成部分,EAST真空系统包括等离子体放电真空室和低温超导真空室。等离子体放电真空室又称内真空室。内真空室抽气系统直接影响装置的粒子排出,关系到高参数等离子体放电获得。EAST装置升级改造后的内真空室抽气系统主要包括主抽管道抽气子系统、偏滤器抽气子系统和低杂波加热系统抽气子系统,整个抽气系统使用了6台分子泵、14台外置低温泵和2套内置低温泵。采用粒子平衡的方法,对内真空室抽气系统各子系统进行了抽速标定。实验结果表明,最佳抽气性能区间在5×10^-4～5×10^-3 Pa,并且随着真空室压力增大或者减小,各子系统的抽气速率均下降。对比改进前后的内真空室抽气系统的总抽速,改进后的最大抽速可达170 m³/s,总体抽气速率提升20%左右。在百秒量级等离子放电参数下,利用标定的抽气速率数据初步评估了燃料粒子的滞留情况。本研究为等离子体放电的壁滞留与再循环控制以及其他相关物理实验开展提供了数据支持。     

ITER导体检漏真空室的设计与优化

本文介绍了ITER导体检漏真空室的结构设计;对设置中部加强筋与不设置中部加强筋条件下的壁厚分别做了计算比较,表明设置中部加强筋后可以将壁厚减少4.3 mm;给出了利用ANSYS软件对真空室壁厚进行优化计算的几何模型和数学模型,并得到最优壁厚分别为上、下封头15 mm,中筒10 mm;最后对真空机组进行了设计,选择1台1600 L/s复合分子泵、1台15 L/s前级泵、2台70L/s的粗抽泵组成的真空机组,达到1.0×10-4Pa的真空度需要抽气时间为10 h     

基于分子流传感元件的真空腔体漏率测量方法

本文介绍了一种基于分子流传感元件的真空腔体漏率测量方法,该方法通过分子流传感元件测量真空腔体整体漏率,采用的测量装置由气体流量测量系统、真空抽气系统、恒温系统等部分组成。在测量系统中,流经传感元件的气流处于分子流状态,通过测量传感元件两端的差压,计算质量流量,可以得到真空腔体的整体漏率。实验中对多个真空腔体漏率的测量结果表明,该方法可以实现对10^-5-10^-3 Pa·m³/s量级真空腔体漏率的准确测量。除去本底漏率之后,测量结果与理论结果高度拟合,测量结果显示最小偏差为0.05%,最大仅为0.62%。且通过改变分子流传感元件流导值和差压变送器量程可以进一步扩展该方法可测真空腔体整体漏率范围。     

Ti6Al4V钛合金渗碳层在HF中的腐蚀行为

用真空感应渗碳方法对Ti6Al4V钛合金进行高速渗碳,研究了渗碳层在HF溶液中的腐蚀行为。对腐蚀前后渗碳层的相结构和形貌的分析发现：对Ti6Al4V钛合金高速渗碳后,在表面生成一层TiC和CTi_0.42V_1.58复合化合物相的渗碳层。因为表面有渗碳层,Ti6Al4V钛合金在浓度为0.2%的HF中?泡其腐蚀速率从4.65×10^-10 g·m^-2·h^-1降低到3.3×10^-10 g·m^-2·h^-1。电化学腐蚀测试结果表明,其自腐蚀电位从未渗碳时的-0.94 V升高到-0.68 V,腐蚀电流密度从4.10 mA·cm^-2降至1.65 mA·cm^-2,极化电阻从6.36 Ω·cm²增大到15.8 Ω·cm²,R_t从0.2 Ω·cm²增大到5.7 Ω·cm²。渗碳层具有n型半导体特性,未渗碳样品具有p型半导体特性。Ti6Al4V钛合金渗碳后,在腐蚀过程中电子转移的阻力增大,使耐蚀性提高。F^-对Ti6Al4V钛合金渗碳层的腐蚀机理,主要是析氢腐蚀。     

聚苯醚/钙镧钛微波复合基板

微波复合基板兼具树脂基体的高韧性和陶瓷填料优异的介电和热学性能, 是航空航天、电子对抗、5G通讯等领域的关键材料。本工作采用螺杆造粒与注塑成型相结合的新技术制备了聚苯醚(简写为PPO)为基体、钙镧钛(Ca_0.7La_0.2TiO₃, 简写为CLT)陶瓷为填料的新型微波复合基板, 并对基板的显微结构、微波介电性能、热学性能和力学性能进行表征。结果表明, 采用这种新技术制备的微波复合基板组成均匀且结构致密。随着CLT陶瓷的体积分数从0增大至50%, 基板的介电常数从2.65提高到12.81, 介电损耗从3.5×10 ^-3降低至2.0×10 ^-3 (@10GHz); 同时热膨胀系数从7.64×10 ^-5 ℃ ^-1显著降低至1.49×10 ^-5 ℃ ^-1, 热导率从0.19 W·m ^-1·K ^-1提高至0.55 W·m ^-1·K ^-1; 此外抗弯强度从97.9 MPa提高至128.7 MPa。填充体积分数40%CLT陶瓷的复合基板综合性能优异: ε_r=10.27, tanδ=2.0×10 ^-3(@10GHz), α=2.91×10 ^-5 ℃ ^-1, λ=0.47 W·m ^-1·K ^-1, σ_s=128.7 MPa, 在航空航天、电子对抗、5G通讯等领域具有良好的应用前景。     

基于空气轴承支撑技术的高准确度大扭矩标准装置研究

介绍了新研制的基于空气轴承支撑技术的20kN·m高准确度扭矩标准装置的工作原理、机械结构、性能试验,评定了该装置的不确定度。该标准装置采用静压空气轴承作为力臂杠杆的支撑部件,力臂系统采用了多部件框架结构,力臂材料采用了低热膨胀系数的因瓦合金材料,砝码加载系统采用了多个砝码组、旋转托盘和升降机构结合的方式,实现了不同量程范围扭矩值测量时加卸荷中不出现逆程。理论分析和性能试验表明:20kN·m扭矩标准装置在100N·m～24kN·m范围内的重复性优于2×10^-5,不确定度优于2×10^-5(k=2)。     

纳米晶体钛基掺钽TiO2薄膜的摩擦磨损性能

采用室温直流反应磁控溅射技术在纳米晶体钛表面制备掺钽TiO2薄膜,研究了掺Ta量对纳米晶体钛基TiO2薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明：在室温模拟人体体液条件下,掺钽TiO2薄膜与不锈钢淬火钢球（Φ4mm）对摩的磨损率为10^-6-10^-5mm^3·m^-1 N^-1级;随着Ta含量的增加,薄膜的摩擦系数和磨损率呈先...     

HL-2A装置中性束注入器高抽速钛泵及其实验运行分析

针对中性束注入等离子体加热过程中的高真空条件要求,借助于国际合作方式,我们为HL-2A 装置中性束注入器设计了一种大吸附面积的高抽速钛泵系统.钛泵系统抽速设计值为30万L/s,由两台大泵和一台小泵组成,两台大钛泵分别置于注入器主真空室左右两侧,小钛泵置于注入器副真空室右侧.运行实验结果表明,钛泵完全满足HL-2A中性束注入实验的要求.本文主要介绍了钛泵的工程设计和实验运行结果,简要分析了HL-2A装置中性束加热系统高抽速钛泵的运行特点.     

共沉淀纳米粉体制备Yb:CaF2激光陶瓷及其性能研究

利用共沉淀法合成的粉体, 通过真空烧结结合热压烧结后处理制备了掺镱的氟化钙透明陶瓷(Yb:CaF₂)。在600 ℃预烧1 h, 700 ℃热压烧结2 h制备的5at%Yb:CaF₂透明陶瓷在1200 nm处的直线透射率达到92.0%。对陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能进行了测试和讨论。研究结果表明, 陶瓷样品的显微结构均匀, 平均晶粒尺寸为360 nm。此外, 计算得到Yb:CaF₂陶瓷在977 nm处的吸收截面和1030 nm处的发射截面分别为0.39×10 ^-20和0.26×10 ^-20cm ²。最后, 对Yb:CaF₂陶瓷激光性能进行了表征, 得到最大输出功率为0.9 W, 最大斜率效率为23.6%。     

硫化物固态电解质Li6PS5Cl的球磨-固相烧结制备与性能

硫银锗矿结构的硫化物固态电解质Li₆PS₅Cl（LPSC）具有离子电导率高（>3×10^-3 S·cm^-1）和对锂稳定性良好等特点,是构建全固态锂离子电池的理想电解质材料之一,具有良好的发展前景。本工作采用高能球磨和惰性气氛固相烧结相结合的方法制备硫银锗矿型固态电解质LPSC,并采用粉末X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman spectra）和扫描电子显微镜（SEM）等对其进行表征,探究制备工艺对LPSC结构、成分和电学性质等的影响。结果表明：高能球磨会破坏原料的晶粒,降低晶粒尺寸,延长球磨时间有利于LPSC前驱体粉末的非晶化和后续烧结,提高烧结温度将促进制备的LPSC电解质的物相变纯和离子电导率升高,但烧结温度过高会导致LPSC的分解。综合考虑球磨时间和烧结温度对材料离子电导率和电子电导率的影响,经8 h球磨和500℃烧结制备的LPSC在室温下具有最高的离/电子电导率比（2.091×10⁵）,其离子电导率高达4.049×10^-3 S·cm^-1,而电子电导率仅为1.936×10^-8 S·cm^-1。利用该电解质制备的712 NCM/LPSC/In-Li全固态电池在0.1 C的充放电倍率下首周放电比容量高达151.3 mAh·g^-1,且具有优良的循环稳定性。     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

炭基体的结构对C/C复合材料导电性能的影响

采用CVI+PIC工艺制备以2D碳纤维预制体为增强体、由不同炭基体结构组成的C/C复合材料,随后在不同温度对其进行热处理得到不同石墨化度的炭基体结构,研究了PyC/ReC比值和石墨化度对材料电阻率的影响。结果表明,随着PyC/ReC比的提高低密度C/C复合材料的电阻率在27.3×10^-6~28.0×10^-6 Ω·m间基本不变,因为石墨微晶的尺寸和结构完整性的增大与材料孔隙率的提高对电阻的影响相反。随着PyC/ReC比的提高,高密度C/C复合材料的电阻率从24.9×10^-6 Ω·m降低到20.5 ×10^-6 Ω·m。其可能的原因是,材料内部的孔隙较少,孔隙率的轻微提高使阻碍载流子在导电网络中的有效传递的作用显著下降。随着热处理温度从1800℃提高到2500℃,C/C复合材料的石墨化度明显提高,电阻率明显降低,其主要原因是载流子浓度的提高和晶界散射的减弱。