强脉冲离子束在金属中引起的应力波效应

金属在强脉冲离子束辐照及其后的快速冷却过程中所经历的应力过程是强脉冲离子束金属材料改性的最重要的机制之一。对应于这种过程，金属材料的微观结构和微硬度发生了改变。本文以45＃钢和纯铝为样品，将实验中测量到的不同强度的强脉冲辐照后样品微硬度和微观结构的变化与热力学计算所描述的热力学过程相对照，解释了出现微硬度双峰是由于应力波的形成和传播使然，并预言了由于应力波的在样品背面的反射，在较强能通量的强脉冲离子束辐照下样品背表面一定深度处也会出现微硬度增加的现象，该现象已被实验所证实。     

强脉冲离子束辐照混合的RBS研究

采用卢瑟福背散射(Rutherford backscattering spectroscopy,RBS)方法对强脉冲离子束辐照Ti/Al、Al/Ti和Ni/Ti三组薄膜/衬底体系所形成的混合层进行了研究.在Ni/Ti组合中形成了厚度比离子射程大得多的、混合度较高的梯度混合层.发现熔融态混合的程度不仅取决于两材料在熔融态的表面张力的差别,而且取决于它们熔点的差异.这两个参量较接近的混合程度较好.     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来 ,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制 (强脉冲能量效应 )、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明 ,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外 ,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应 ,有望突破离子射程对改性层厚度的限制 ,并高效利用离子剂量和能量 ,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制(强脉冲能量效应)、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应,有望突破离子射程对改性层厚度的限制,并高效利用离子剂量和能量,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论。     

动态测量强脉冲离子束辐照产生的冲击波

当强脉冲离子束(Intense pulsedion beam,IPIB)辐照材料表面时,在靶材料表面引发快速升温、熔融、气化、烧蚀以及随后的快速固化,并产生热应力与冲击波.本文通过构建并改进以聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)膜为核心的测量系统,成功地对强脉冲离子束辐照所产生的冲击波进行了动态的探测,实验测量与我们自行开发的理论模拟计算相比较,获得较好的吻合.     

强脉冲离子束辐照混合陶瓷/NiCoCrAlY热障涂层研究

为提高高温合金的工作温度,一般在其表面涂覆由粘结过渡层和陶瓷隔热层构成的热障层.热障层的热稳定性决定了高温合金部件的寿命.为延长由部分稳定的ZrO2/NiCoCrAIY合金构成的热障层的服役寿命,采用强脉冲离子束对它们的界面进行辐照处理.本工作研究了不同参数的强脉冲离子束(IPIB)对不同厚度结构的靶的辐照混合效应,通过一系列分析测试研究,发现合适参数的IPIB辐照能够有效地在界面形成混合层,从而改善热障层在高温氧化环境中的高温耐久性.其中采用峰值能量300 keV,脉冲宽度65 ns,峰值流强密度250 A/cm2的IPIB单脉冲辐照后的样品获得最好效果.对其原因做了分析,认为在界面处形成特定元素分布的混合层在高温氧化条件下既能形成完整的保护层,又改善了层间晶格和热胀系数失配,减小了失配热应力,从而提高了热障层在高温氧化条件下的稳定性.     

强流脉冲离子束辐照对钛合金表面相结构的影响

利用X射线衍射(XRD)和能量色散的特征X射线谱(XEDS)扫描,对强脉冲离子束辐照钛合金的表面结构特征和成分分布进行了测试与分析。结果表明,试样钛合金为(α+β)型两相钛合金。当以低能流密度离子束辐照时,材料表面粗糙度的增加导致结构发生明显变化;随着离子束能流密度的增加,材料表面层出现微小非晶相;表面元素呈明显的层状均匀分布;多次脉冲离子束辐照下,表面形成Al2O3等氧化物,从而利于被辐照表面抗氧化性的提高。进一步提高离子束能流密度,多次脉冲辐照,材料表面形成了新相Al6MoTi和AlMoTi2。     

强流脉冲离子束辐照对钛合金显微组织的影响

为研究强流辐照过程中钛合金微观组织结构和化学成分的变化,利用束流成分70%H+和30%C+的混合强脉冲离子束对钛合金进行了表面轰击,对离子束诱发的显微组织形貌和化学成分在扫描电子显微镜(SEM)上进行分析。结果表明,钛合金内部组织由α和β两相构成,为α+β型两相钛合金。试样不同区域组织类型存在明显差异,大部分区域组织类型一致,局部区域属于典型的魏氏组织。强流辐照钛合金表层组织和微观结构发生一定的变化,边缘β相结构遭到一定程度的破坏。显微组织结构的变化是由于表层温度梯度引起的热应力及其在靶材体内的传播造成的。     

脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放测量技术研究

为认识脉冲离子束作用下金属氚化物的氦释放行为,建立了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放测量系统。利用标准体积气体取样装置,采用气体反扩散法,对系统的容积比、灵敏度进行了实验标定。在此基础上,发展了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放的测量技术,开展了脉冲离子束作用下金属氚化物氦释放实验研究。结果显示,单次脉冲离子束作用下金属氚化物的氦释放呈脉冲式,释放量最大可达10~(13)个原子以上。     

箍缩反射离子二极管产生的强流脉冲离子束特性

通过对离子束流密度分布的测量和对被离子束轰击的铜箔不同半径处表面微观形貌的分析,研究了200kV箍缩反射离子二极管产生的离子束特性。结果表明：轴线上离子束流密度最大。     

贮氢金属中氢同位素的离子束分析方法评估

文章介绍用离子束方法分析贮氢金属中氢同位素含量与分布的实验条件与设计，并分析各自的优、缺点。通过实验测量与分析表明，用离子束分析方法可获得氢同位素含量与分布的丰富信息和精确数值。用6.0MeV的O离子束进行ERD分析的优点是截面为卢瑟福截面，所用的Mylar膜薄，能使H、D、T明显分开，测量精确，缺点则是对样品制备要求高，分析深度小；用7.4MeV的⁴He离子束进行ERD分析能得到H、D、T的分布信息，对Ti的分析深度可达到3.0μm，缺点则是三者的谱图相互重叠，模拟解谱的误差较大；用3.0MeV的质子进行PBS分析，只能获得D、T的分布信息，但分析深度更深。      

脉冲离子束轰击靶的热效应数值模拟

分析了脉冲离子轰击靶膜和衬底的热效应,在能量较低的情形下,离子轰击处理为靶膜表面热流输入。采用有限元程序,对能量为600keV、束流为12mA的不同束斑半径的脉冲离子流轰击Cu基Ti靶的热传导进行了数值计算,得到了热传导清晰物理图象。     

脉冲强磁体中应力的有限元分析

提高脉冲磁场强度的主要障碍是磁体中巨大的应力,而脉冲磁体中应力的产生和作用过程比较复杂,要准确地计算出来很困难。采用有限元法对脉冲磁体中的应力进行分析,计算中全面考虑了预应力、电磁力、热应力等情况。通过计算,得出了,一些设计脉冲磁体的基本原则。     

高功率脉冲离子束注入初步研究

离子注入用于半导体器件和大规模集成电路的生产中,显示出这种工艺的许多优越性。七十年代初期,哈威尔实验室等研究部门开始进行离子注入技术在非半导体材料中的应用研究。大量实验结果表明,仅几千埃的注入深度就能对金属材料的磨损和抗氧化性能起积极的影响,如一定浓度的氮离子注入钢能显著提高钢材的耐磨性,而且小于0.5μm的注入层能使20μm深度处的耐磨性仍有改善;适当剂量的Cr和Zr注入氧化铝陶瓷中,能起到硬化作用;     

脉冲离子束流聚焦装置的研制

用小型化的质量分析系统进行脉冲离子束流实验研究时,从真空弧离子源中引出的束流脉冲幅度大、能量低,由于空间电荷效应使脉冲束流发散度很大,使得离子束流成分分析的不确定度增大。为克服在有限的空间范围内脉冲离子束流聚焦的困难,研制了一种新的双限束光阑三膜片透镜离子束流聚焦装置。双限束光阑着重减少束流发射度,三膜片透镜则适合小尺度空间的脉冲束流聚焦。计算机模拟的结果符合这种大脉冲离子束流聚焦的设计思想。磁质谱仪应用该聚焦装置后,发散到质量分析器分析盒上的脉冲离子束流幅值从未加聚焦前的115 mA减少至0.06 mA,脉冲离子束流质量分析的不确定度降低。     

用于模拟X射线热-力学效应的高功率脉冲离子束研究进展

计算了与黑体谱1keV X射线在材料中产生的应力波和冲量相当的质子束参数；给出了箍缩型二极管产生离子束的实验结果，以及在“闪光二号”加速器上已经获得的流强约50kA的脉冲质子束。     

低能强流离子束装置计算机控制系统

为实现低能强流离子束装置自动化,提高抗干扰能力和稳定度,研究开发了低能强流离子束装置计算机控制系统。该控制系统采用西门子S7 300PLC,下位机使用STEP7V5组态软件进行编程,控制界面用LabWindows/CVI6.0编制,控制位于3个不同电位的离子束系统。文章描述了控制系统的总体结构、硬件选取和软件实现的功能,讨论了系统在调试过程中抑制干扰的方法。     

脉冲强磁体专用设计软件开发

在设计脉冲强磁体时,需综合考虑材料的电性能、热性能和机械性能,优化磁体结构,使其达到最佳。本工作开发的脉冲强磁体专用设计软件,不仅能准确计算放电过程、温度和应力分布,还能使用优化技术,寻找最佳磁体结构,提高磁体设计水平和效率。实验结果表明,软件分析结果与实验结果吻合。     

强流脉冲离子束产生的实验研究

分析了箍缩反射离子的工作原理，实验研究了二极管结构参数对其电参数的影响。在200kV加速器装置上获得了最大峰值2.lkA、脉宽约20ns、束能5．5J的离子流，最大离子产生效率达到6.2％。     

离子束ns脉冲测量用可变栅距同轴靶

本文讨论了影响同轴靶响应的诸因素以及在离子束ns脉冲测量用同轴靶的设计中的主要问题。在此基础上制成了一个具有可变栅距结构的同轴靶。该靶适用于速度在宽范围内变化的各种离子,曾成功地用于测量β=v/c值低至6.5×10~(-4)的Ar~(+)束脉冲。该靶同轴结构的上升时间约为0.2 ns,曾用其观测到半高宽约为1ns的质子束脉冲。