流导可控的AAO分子流漏孔的制作与动态测试

随着分子流漏孔的广泛应用,迫切需要一种制作简单、成本低廉且流导可控的分子流漏孔制作方法。本文基于阳极多孔氧化铝(AAO)模板,利用打孔硅片作为掩膜和支撑材料,制作出不同有效面积的AAO新型分子流漏孔,然后使用自主设计的动态差压法漏孔测量设备,以氮气、氦气和氩气作为测试气体对所制作的直径分别为2和13 mm圆形AAO分子流漏孔流导进行了测量。实验结果表明,漏孔的流导测量值接近理论计算值,流经AAO漏孔的气体始终保持分子流状态,即流导维持不变。AAO分子流漏孔具有制备工艺简单、成本低、流导可控且可预测不同种类气体流导等优点。     

基于石墨烯本征缺陷的新型漏孔组件的制作

提出了一种利用单层石墨烯薄膜及其缺陷制作漏孔组件的方法。通过化学沉积法制得单层石墨烯薄膜后将其转移至多孔烧结不锈钢的薄片上,并使用拉曼光谱对石墨烯膜缺陷进行表征。氢气、氮气和氩气的流导值通过自制的测试装置由差压法进行了测定。测试结果表明即使在大气压下这三种气体在漏孔中仍然处于分子流状态。这意味着只要知道某种气体的流导,其他种类气体的流导值也可以由此得到确定。并且,本文的结果可以为很多二维平面膜材料(例如石墨烯)在漏孔制作方向提供更为广阔的应用前景。     

基于动态差压法的分子流流导测量

提出一种基于动态差压法测量固定流导元件流导的新方法。固定流导元件是以阳极多孔氧化铝(AAO)为模板制作而成。在测量流导过程中,通过测量连接AAO固定流导元件两端的容器的动态差压变化关系,运用最小二乘法对实验数据进行指数函数拟合,计算出AAO固定流导元件的流导值。分别以氮气、氦气和氩气作为实验气体对AAO固定流导元件的流导进行了测量。结果表明,在大气压力以下,AAO固定流导元件的流导不随入口压力变化而变化,始终保持恒定。对He、起始压力为30 kPa、初始压差为1.97 kPa、测量时间为60 s的测试点进行了不确定度评定,其相对合成标准不确定度为13%。对评定过程进行分析,发现测量点的不确定度随测量时间的增加急剧增大。该流导测量装置的测量范围为1×10~(-4)～1×10~(-7)m~3/s,此方法具有操作简便、结果精确等优点。     

膜吸收用疏水性多孔膜结构参数的确定

理论分析了疏水性多孔膜气体渗透原理和膜各种结构特征参数的关系,并建立了计算气体渗透通量的模型方程,以及确定多孔膜曲折因子等结构参数的方法．通过气体渗透实验和建立的模型,对6种聚四氟乙烯(PTFE)多孔平板膜的曲折因子等结构参数进行了测试计算,并根据测得的膜孔隙率结果,比较了曲折因子与孔隙率的关系．对不同气体透过不同结构参数的多孔膜的传递形式进行了讨论．     

铟封接和硅硅键合技术制作微通道型固定流导元件

提出了一种制作微通道型固定流导元件的方法,即基于硅硅直接键合将刻蚀深度约为1μm的沟槽结构密封成微通道,利用铟熔融封接技术使其与金属法兰结合构成通道型固定流导组件,使用氦质谱检漏仪对其漏率测试。测量结果表明,固定流导元件的流导测量值与理论计算值接近,相对误差不超过22.2%。氦气作为测量气体时,固定流导元件能够从高真空到30000 Pa压强下实现分子流状态,即流导恒定。     

EAST装置上差分抽气测量系统的设计

在托卡马克装置运行过程中,装置内壁吸附的杂质粒子会释放到内真空室,影响等离子体的平稳运行。因此需要在放电前对装置进行壁处理清洗。设计了差分抽气测量系统,可以在保持内真空室气体比例不变的前提下降低压力,实现四极质谱仪的正常工作,检测壁处理清洗期间的气体成分。整个设计过程围绕关键部件小流导法兰的流导设计展开,采用粒子平衡法计算得出小流导法兰的设计参数。可以在分子流流态下将待测腔室的气压从10 Pa降低至约0.01 Pa。设计结果为类似高压力条件下气体成分监测设备的设计提供参考。     

热流逸效应下不同截面形状微通道的流导特性分析

热流逸真空泵利用其内部微通道结构产生的热流逸效应来工作,故其本身也存在流导。本文建立了几种典型截面形状长微通道和短微通道的流导计算模型,进而分析了流导随努森数、温差及微通道特征尺寸变化的规律。结果表明,微通道在过渡流区域的流导比在自由分子流区域的大2～4个数量级;短微通道的流导性能优异长微通道的;绝大多数情况下,截面形状的对称性越强则其流导性能越好;在自由分子流区域,截面形状对流导的影响不大,但在过渡流区域,不同截面形状的流导差异显著。可见,应尽可能将热流逸真空泵设计在过渡流区域工作,且应优先采用截面形状对称性强的短微通道结构,但需要综合考虑努森数、温差和微通道特征尺寸之间的相互协同与制约。     

热流逸效应下不同截面形状微通道的流导特性分析北大核心CSCD

热流逸真空泵利用其内部微通道结构产生的热流逸效应来工作,故其本身也存在流导。本文建立了几种典型截面形状长微通道和短微通道的流导计算模型,进而分析了流导随努森数、温差及微通道特征尺寸变化的规律。结果表明,微通道在过渡流区域的流导比在自由分子流区域的大2~4个数量级;短微通道的流导性能优异长微通道的;绝大多数情况下,截面形状的对称性越强则其流导性能越好;在自由分子流区域,截面形状对流导的影响不大,但在过渡流区域,不同截面形状的流导差异显著。可见,应尽可能将热流逸真空泵设计在过渡流区域工作,且应优先采用截面形状对称性强的短微通道结构,但需要综合考虑努森数、温差和微通道特征尺寸之间的相互协同与制约。     

直线压缩机用多孔质气体轴承的仿真与实验

采用气体轴承的主动耗气技术可以实现直线压缩机的无油润滑和非接触运行,以保证运行可靠性。为研究多孔质轴承的结构参数和压缩机设计参数对耗气量的影响,本文以R600a为制冷工质,建立了多孔质气体轴承模型,利用Fluent对耗气量进行了仿真模拟计算,基于该模型模拟分析了多孔质材料厚度、间隙气膜厚度、排气压力、压缩机频率和排量占比对气体轴承耗气量和耗气率的影响,并通过实验测试验证了该模型的准确性。结果表明：气体轴承耗气量的仿真结果和实验测量的误差在±15%以内。根据耗气率给出了最佳的设计参数组合,为直线压缩机用多孔质气体轴承优化设计提供了参考。     

多孔材料表征与性能测试

综述了多孔材料微观结构的表征方法，并对多孔材料的渗透性能、声学性能、力学性能、热学及热机械性能的测试技术进行了总结。     

173 nm真空紫外光源的测试及分析

通过自行设计的测量装置,用专用探测器对173 nm介质阻挡放电产生的紫外光进行辐照度的测试.对着火电压与pd值、紫外光源的辐照度之间的关系进行测量分析,并对试验中所用MgF2晶体的透过率进行测量和计算.实验结果表明对于单个的紫外灯,当介质的厚度、气体气压均为常量的时候,介质阻挡放电强度随电压的增加而增加,放电强度呈非线性增加;在气体种类、介质材料的种类和厚度、电极材料的种类确定的情况下,紫外灯的点火电压与pd值会有一个最小值;在大气压下,通过特殊方法测得厚度为2 mm的MgF2晶体对173 nm真空紫外光的透过率为88%.     

便携式分压力质谱计校准装置的性能测试研究

文章对新研制的便携式分压力质谱计校准装置的部分性能进行了测试。采用参考电离真空计测量了装置的极限真空度;对于流导值在10^-2 m³/s的圆孔型抽气流导元件,通过精确测量其直径和厚度的尺寸,采用公式计算得到分子流条件下的流导值;对于孔径在微米量级的进气流导元件,采用定容衰减压力的方法通过实验测量确定其流导值;采用同一真空计分别测量抽气流导元件两端的气体压力获得返流比。测试研究结果表明：装置的极限真空度为4.8×10^-7 Pa,抽气流导元件对N2的流导值为1.37×10^-2 m³/s,对N₂的返流比为0.193,两个进气流导元件对N₂的流导值分别为3.81×10^-6 m³/s、4.50×10^-8 m³/s,综合分析可得装置对N₂的校准范围为(4×10^-1～5×10^-6)Pa。     

分子模拟研究气体在4种膜材料中的分离行为

利用分子模拟技术,从分子水平上研究CO_2/N_2在4种常见高分子膜材料中的渗透机理与分离性能.通过分子动力学方法和蒙特卡罗方法对材料的微观性质和CO_2/N_2在4种材料中的溶解扩散过程进行模拟计算.将计算结果与文献值对比,结果显示具有一致性.材料的微观作用决定材料在气体分离方面的宏观性能,计算结果从微观角度揭示了材料分子结构的自由体积尺寸越大,气体在材料中的扩散性能越强;而材料中空穴的数量越多,气体在材料中的溶解性能越好.计算结果表明,本文模拟的两种橡胶态聚合物具有高灵活性的分子链和较小的内聚能密度,而两种玻璃态聚合物则与之相反,这使得CO_2/N_2在两种橡胶态聚合物中的渗透性能大于其在两种玻璃态聚合物中的渗透性能.     

基于动态差压衰减方法瞬时流量测量装置的研制

本文介绍了一种基于动态差压衰减方法瞬时流量测量装置,该装置由真空抽气系统、恒温系统、动态差压衰减测量系统等三部分组成,通过对泄漏元件两侧的动态差压变化进行连续测量,并进行数据分析,得到泄漏元件的流导、漏率等特性。装置测量了1800Pa~0Pa下氮气、氦气和氩气通过泄漏元件的流导和漏率,具有操作简单,成本低廉,结果精确等优点。     

一种(10~(-1)～10~(-10))Pa·m~3/s标准气体流量计的设计

为了解决真空计量检测对标准气体流量的需求,设计出(10~(-1)～10~(-10))Pa·m~3/s的标准气体流量计。装置主要由定容法流量模块、流导法流量模块、供气与抽气模块、保温模块、控制模块组成,通过定容法和流量法提供标准气体流量。采用容积约为5和0.1 L的真空室作为定容室,同时为流导元件入口提供一定压力的气体;仅用两台电容薄膜真空计作为参考标准测量真空室气体压力,通过PLC触摸屏或计算机进行测量数据采集及运行控制;采用激光在铂金片上打孔并进行真空镀膜的工艺获得10~(-10) m~3/s流导元件。设计的装置外形尺寸不超过500 mm×400 mm×500 mm,主体重量小于35 kg,提供的流量范围为(10~(-1)～10~(-10)) Pa·m~3/s,具有成本低、操作方便、便携等优点。     

一种基于CF400接口分子泵抽速测试装置北大核心CSCD

针对国产化大抽速分子泵测试需求,研制出基于CF400接口分子泵抽速测试装置。采用量程为10~10-9 Pam3/s的复合型标准气体流量计提供可变的标准流量,仅用流量法实现了测试罩内气体压力处于10-1~10-7 Pa范围的抽速测试,而传统测试方法采用标准流导法和流量法相结合实现该范围的测试;装置集成了在线真空校准功能,用磁悬浮转子真空计作为参考标准,实现在10-1~10-4 Pa范围内对测试罩内气体压力的直接测量及副参考标准电离真空计的在线校准。研制的装置与原有测试方法相比较优点主要为:采用一种方法实现了分子泵抽速测试;在线校准技术解决了原有测量过程电离真空计灵敏度系数发生变化引起测量结果出现的较大偏差;实现对不同气体抽速的直接测量,避免原方法只能给出等效氮气测试结果的不足。实验结果证明,装置对分子泵抽速的测试范围为3000~5000 L/s,测量结果的合成标准不确定度为2.2%~4.4%。     

固定流导法校准真空漏孔方法研究

固定流导法采用的是分压力测量技术,对质谱分析室的漏放气率的指标要求不高.通过实验得到四极质谱计的非线性引起的测量误差可达38%,在具体校准过程中能够很好调节稳压室中的气体压力,使通过小孔的气体流量与待校真空漏孔漏率非常接近,从而避免了四极质谱计的非线性影响.稳压室中的气体压力比较大,所以稳压室不需要特别严格的材料处理工艺,具体校准过程中也不需要彻底的烘烤出气就能得到纯净的单一气体.固定流导法校准真空漏孔的不确定度的评定值为2.6%,可以通过精确校准电容薄膜规和控制温度来进一步降低漏孔校准的不确定度.     

一种(10~(-5)-10~(-16))Pa·m~3/s标准气体流量计的设计

本文设计出下限为5×10~(-16) Pa·m~3/s的标准气体流量计,解决了超灵敏度检漏仪的量值溯源难题。采用基于固定流导法基本原理的标准气体流量计,通过激光打孔和镀膜制备的分子流导元件,成功获得下限为10~(-10) m~3/s的分子流导;采用电容薄膜真空计作为参考标准测量压力,将直接供气、膨胀衰减压力及标准混合气体三种方法集成在一起,为流导元件入口获得(10~3-10~(-6)) Pa的示漏He气分压力;采用10~(-8) m~3/s和10~(-10) m~3/s量级的两套分子流导元件,结合流导元件入口压力获得了(10~(-5)-10~(-16)) Pa·m~3/s的标准气体流量,设计的标准气体流量计估计合成标准不确定度为1.2%-2.8%。     

真空测量装置的流导对测量真空度的影响

夹层真空度是影响低温容器真空绝热性能的主要因素。真空度测量结果不仅与真空规管本身的测量精度有关,还与真空测量装置的流导有关。搭建了真空测量系统,设计两种不同流导的真空测量装置,模拟高真空多层绝热低温容器真空测量系统的实际工况,测量这两种装置下的真空度并进行分析。结果表明真空测量装置的流导大小对该装置的真空度测量有较大影响,流导大的测量装置需要较短的抽气时间就能保证该装置上规管的测量值有较好的精度。结果可为低温容器真空测量系统的设计、试验和使用提供参考。     

发泡绝热液氮传输管道绝热层导热系数的测量

为了对实际发泡绝热液氮传输管道进行性能评价,通过建立蒸发率与平均导热系数之间的关系式,由蒸发率的测量来获得平均导热系数,建立了一套低温液体传输管道绝热性能检测装置,并对若干根2 m长发泡绝热液氮传输管道进行了测试,从而在不破坏发泡绝热层的条件下得出了实际管道绝热层真实平均导热系数.平均导热系数测量结果与发泡层取样导热系数测量结果对比表明:该测试装置所得数据准确可信,可作为发泡绝热低温流体输送管道无损绝热性能测试的标准测试台.详细描述了该测试装置的测量原理、方法和构成、以及数据采集和处理,最后讨论了影响平均导热系数测量的主要因素.