钛合金件内外双靶材磁控溅射镀铝设备改进研发

真空离子镀铝过程无三废即废水、废气、废渣产生,已成为广泛研究的热点。本文分析了真空离子磁控溅射镀铝设备原理结构和设计流程,引入闭合磁场非平衡磁控溅射技术思路,对比直流单靶材磁控溅射和内外双靶材磁控溅射中的电磁场分布和等离子体分布,将2个直流内单圆柱靶改制为4个磁极相对的内外双圆柱靶结构,构建内靶磁场和外靶磁场相反的闭合磁场,研发满足涂层综合性能要求且适于批量生产的镀铝设备,助推国内新型装备高质量发展和清洁节能生产。     

过渡层类型对类金刚石薄膜性能的影响

采用电子回旋微波等离子体气相沉积和磁控溅射法相结合的方法,通过石墨靶材和金属钛靶在不锈钢和Al2O3陶瓷基片上沉积了具有不同过渡层的含钛的C薄膜,研究了不同薄膜与衬底的中间层类型对薄膜的表面形貌、硬度、摩擦磨损性能、表面能的影响.结果表明,导电基底更有助于成膜的致密性和均匀性,薄膜为衬底/Ti/TiN/TiCN/C结构时硬度最高.     

多轮廓型腔结构件磁控溅射类金刚石碳膜附着机理研究

多轮廓型腔结构件具有复杂的内腔,普通镀膜方法对工件内腔镀膜过程中存在膜基结合力差、靶材利用率低、薄膜厚度不均匀致密、内腔死角无法镀膜等诸多问题。针对这些问题,研究采用多靶头旋转式柱状磁控溅射靶,在镀膜机的不同位置安装多靶多材,使靶能够自由旋转来实现复杂内腔壁定向镀膜和膜层均匀性的需要;同时采用梯度复合膜结构来改善单一膜层所存在的膜基结合力差、易于从基体上剥离等问题,通过选择合适的基片温度等磁控溅射工艺参数来提高膜与基片界面之间的附着强度,从而实现在多轮廓型腔结构件的复杂内腔壁镀厚度均匀、致密连续的功能性DLC复合薄膜。     

靶材刻蚀对磁控溅射镀膜厚度分布的影响

为考察实际磁控溅射镀膜生产过程中由于靶材不断刻蚀消耗而造成的膜厚分布变化,文中就圆形磁控溅射靶建立了沉积模型,采用泰勒级数展开方式得到了薄膜分布的三阶近似解,并采用数值积分的方法计算出不同溅射角分布和靶基距时新靶和旧靶的相对厚度分布.计算结果表明溅射角分布的变化对膜厚分布影响较小,而靶基距变化影响较大;随着靶基距增加,...     

金属材料表面合金化的一种新方法

本文主要论述磁控溅射离子镀技术是金属材料表面合金化的一种新方法。电子探针分析表明,金属基体磁控溅射离子镀金属膜是靶材元素和基材元素组成的混合膜。X 射线衍射分析证明,磁控溅射离子镀膜不单纯是靶材元素组成的膜,而是含有靶材元素和基体元素相互作用而形成的化合物相的合金膜;在一定的实验条件下,腹的相组成主要是由靶(阴极)材料、基板材料和基板负偏压所决定的。     

磁性流体密封的新思路--变磁极齿宽结构

通过实际测量、理论分析和实验研究，证实了磁极与转轴之间沿轴向磁场分布的不均匀性，并据此提出了用变齿宽的方法来提高密封承压能力或减小结构尺寸的新思路。     

贵金属溅射靶材的研究进展

溅射靶材是磁控溅射制备薄膜的关键原材料,其质量决定着溅射薄膜的性能.贵金属溅射靶材因具有优异的物理和化学性能而广泛应用于高性能薄膜的制备.综述了贵金属溅射靶材制备方法、技术要求和应用情况的研究进展,指出高纯化、大尺寸、高利用率以及靶材生产与溅射镀膜一体化是贵金属靶材未来发展方向.     

交流电磁场检测激励探头的试验研究

在交流电磁场检测中,通有交流电的激励探头在被测工件(导体)表面产生感应电流,检测线圈对工件表面磁场的拾取从而判断缺陷的有无以及缺陷的特征.激励探头的优劣直接影响到缺陷处扰动磁场的大小,进而影响缺陷的检测.通过对感应电流均匀性、矩形载流线圈尺寸(磁芯长度、磁芯宽度)对感应电流分布的影响等进行仿真分析和对激励频率、激励线圈直径、激励线圈层数、激励线圈单层匝数与感应磁场之间的关系进行试验研究,为激励探头的优化设计提供理论依据和现实依据.     

基于有限元LD10CS铝合金电磁搅拌焊接外加磁场的优化设计

针对LD10CS铝合金电磁搅拌焊接过程,采用有限元数值分析方法,对电磁搅拌外加磁场分布进行了研究与分析,讨论了铁心媒质、线圈位置等因素对外加磁场分布及其均匀性的影响,并在充分考虑焊炬结构的同时,根据磁场分布均匀性依据,对电磁搅拌焊接过程励磁线圈进行了工程设计,获得了较好焊接的效果,为电磁搅拌焊接生产提供了良好的指导。     

高频加热线圈台阶对区熔炉磁场的影响

区熔法是生长单晶硅的重要方法之一,针对区熔法生长单晶硅过程因多晶硅熔化表面热量不均匀而出现“冷针”的问题,利用有限元法对生长区熔硅单晶进行了数值模拟。区熔法生长单晶硅采用高频感应加热,高频加热线圈是区熔炉最为关键的部件之一,线圈的结构、尺寸直接影响到磁场及焦耳热的分布及熔区形状。基于此,建立了有台阶线圈和无台阶线圈下的两种模型,对比了两种模型下熔区附近磁场分布和焦耳热分布,着重分析了高频加热线圈的台阶对磁场及焦耳热分布的影响。研究结果表明,高频加热线圈的结构会直接影响到熔区附近磁场的分布,进而影响熔区生成的焦耳热分布,线圈台阶可使磁场在熔区附近分布得更均匀,从而有效地解决了“冷针”问题。     

平面磁控溅射薄膜厚度分布模拟

磁控溅射法是制备薄膜的一种重要方法 ,薄膜厚度分布是影响薄膜性能的一个重要因素。本文根据平面磁控溅射的实际 ,提出了一个较为全面的磁控溅射薄膜厚度分布模型 ,该模型综合考虑靶面溅射电流分布、溅射产额与入射角之间的关系、靶面出射粒子的角分布、空间角以及粒子迁移过程中的碰撞等。对建立的模型进行了计算机模拟 ,模拟结果与实验结果较为一致。     

超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析

提出了一种面向固液混合作动器的新型超磁致伸缩泵结构。对超磁致伸缩泵驱动磁路进行了数学建模,采用有限元法对其磁场分布进行了数值模拟,并与理论计算结果进行对比,发现超磁致伸缩棒上磁感应强度的理论计算值与仿真结果基本吻合。采用磁场有限元法分析了超磁致伸缩棒的轴向磁场与径向磁场均匀性,发现径向磁场均匀性明显高于轴向;针对不同长度的棒进行了轴向磁场均匀性分析,揭示了其影响与作用规律;在此基础上对驱动磁场进行了动态数值模拟,发现在输入电压恒定时超磁致伸缩棒内的磁感应强度随着输入信号频率的提高而衰减,实验与仿真结果的对比验证了仿真的正确性。     

Conventional and ionized magnetron sputter‐deposition of nanocrystalline titanium diboride thin films

Titanium diboride has many interesting physical and chemical properties that make it attractive as a tribological coating material. We focus our study on the relationship between hardness, crystal structure and processing parameters for TiB₂ thin films produced by conventional and ionized magnetron sputtering. When synthesized by conventional magnetron sputtering, TiB₂ films with the highest degree of crystallinity have the highest hardness and are obtainable at an optimum combination of argon pressure and substrate bias. The films also show strong (0001) texture. Such high degree of crystallinity can be obtained without substrate bias by ionized magnetron sputtering, in which enhanced ionization of the plasma is obtained by inductively coupling RF power in the region between the magnetron target and the substrate. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

叠堆式超磁致伸缩致动器磁场分布建模及分析

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)偏置磁场的均匀度,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),建立了SGMA的磁场分布模型,并对模型进行分析研究。首先,通过分析传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了SGMA;然后,将磁路模型和毕奥-萨伐尔定律相结合,建立了能够准确描述SGMA磁场特点的磁场分布模型;接着,利用所建立磁场分布模型分析了不同参数对SGMA磁场分布特征的影响,提出了SGMA结构设计方法;最后,通过实验完成了模型验证。结果表明:采用本文建立的模型描述SGMA磁场分布时,最大相对误差低于4%;在预测SGMA的输出位移时,最大相对误差低于5%。该模型有助于准确刻画SGMA的工作状态,提高SGMA的系统精度,并为SGMA结构设计提供参考依据。     

一种流体驱动式模块化软体仿生象鼻关节变刚度结构设计及仿真分析

在兼顾软体抓持装置顺应性的前提下,为进一步提升其承载能力,提出一种采用磁流变液变刚度控制的流体驱动式模块化软体仿生象鼻机构。建立了仿生象鼻关节变形量和刚度理论数学模型;利用有限元分析方法基于Yeoh模型对不同结构参数的仿生象鼻关节进行了变形仿真分析,在相同压力下优选出了变形量最大的模型结构和确定了最佳输入气体压力值;对关节变形后两端电磁铁的叠加磁场分布进行了有限元仿真,通过分析磁场分布均匀性初步确定了两端电磁铁形成磁场的最佳距离即关节长度;最后对不同长度关节进行了变形仿真分析,综合考虑磁场分布均匀性和变形量,通过两者的最优组合确定最终关节长度,验证了仿生象鼻的多自由度变形和可变刚度特性。     

Design and optimization of coil structure based on the uniformity of core temperature field

Coil structure size parameters during electromagnetic induction heating affect the temperature field and heating rate of a carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) shell. In this study, a finite element analysis model is established on the basis of a single-screw coil structure, and the influence of coil diameter, length, turns, and position relationship on the temperature field distribution and heating rate of the CFRP shell is studied. According to image entropy theory, the influence of coil structure size parameters on the uniformity of a temperature field distribution is analyzed. Furthermore, the accuracy of the coil structure size parameters with respect to temperature field variation is verified with a CFRP induction heating experiment. This study provides theoretical support and a verification method for the selection, design, and optimization of the coil structure size parameters of CFRP shells during induction heating.

     

基于温度场的层压机电加热板优化设计

针对目前太阳能层压机中电加热板存在表面温度分布均匀性差的问题,首先,在基于传热学理论的基础上,对电加热板结构布局进行合理简化,建立其温度分布数学模型;然后,以电加热板面最大温差为优化目标,通过MATLAB优化工具箱对数学模型求解,得到电加热板的结构优化参数;最后,在ANSYSWorkbench中,对优化后结构的温度分布进行模拟仿真。本文所研究的解决问题的思路为电加热板的结构设计奠定了理论基础,也为改善电加热板温度分布的均匀性提供了参考依据。     

A magnetometer of weak quasi-stationary and high-frequency fields on resonator microstrip transducers with thin magnetic fields

A high-sensitivity magnetometer for simultaneous measurements of three components of a weak quasi-stationary or high-frequency magnetic-field vector was developed and investigated. Microstrip structures that are based on irregular resonators serve as the magnetometer transducers. An anisotropic thin-film magnetic structure is used as the sensing element. This structure consists of two thin magnetic films that are prepared by magnetron sputtering of a Ni₇₅Fe₂₅ permalloy target and separated by a silicon monoxide layer. It is demonstrated that the transducer exhibits the maximum sensitivity, when the easy magnetization axis of the film structure is orthogonal to the polarization direction of the pumping microwave magnetic field in the microstrip resonator and at an optimal value of a constant magnetic bias field and its optimal deflection from the pumping-field polarization direction which is parallel to it. The magnetometer is characterized by a wide dynamic range of measured magnetic fields, 10^–10–10^–4 Т, and a wide frequency range, 10^–1–10⁵ Hz.     

Experimental and simulational study of the operation conditions for a high transmission mass filter

The operation conditions of a double pulsed field mass filter were studied using both experiment and simulation. The mass filter consists of two pairs of parallel plates and operates on the time-of-flight principle. The study showed that the ions' beam deflection angle is a critical factor in optimizing the mass filter transmission efficiency. This angle is dependent on the accelerating voltage, ion mass, and horizontal velocity of the ions. The optimum operating conditions for the mass filter were found and used to study the mass distribution of palladium ions produced by a magnetron sputtering source. The study shows that this mass filter is suitable for technological applications because of its high transmission and wide mass range.