一种高性能非蒸散型吸气剂的性能分析

非蒸散型吸气剂(NEG)是高真空和超高真空系统维持真空度的重要材料,具有高稳定性和高气体吸附性能,文章采用粉末冶金的方法制备出Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂,并基于小孔流导法搭建了一套吸气剂性能测试的高真空系统,分别测试了气体种类及工作温度对吸气剂性能的影响,实验结果表明:Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂对H_(2)、CO_(2)、N2都有很好的吸气性能,其对H_(2)的吸气性能远超N2和CO_(2),但它不吸收He等惰性气体,不同工作温度对吸气性能有很大差异,其最佳工作温度为200℃。利用X射线衍射图谱(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)及能量色散图谱(EDS)对吸气剂进行晶相、形貌和成分分析,结果表明Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂表面呈现多孔状结构,其主要由α-Zr基固溶体、C15 Laves相及少量Zr_(x)Al_(y)化合物组成,多孔的结构及α-Zr基固溶体、C15 Laves相的高比例有利于吸气剂对活性气体的吸附,因此Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂展现出较好的性能。

基于多孔硅支架的钛锆钒非蒸散型吸气剂薄膜的制备及表征

非蒸散型吸气剂薄膜近年以来在真空领域受到广泛的研究与应用,但有限的吸气速率和吸气容量阻碍了其进一步的发展。文章使用双槽电化学腐蚀法制备了多孔硅支架,再经过直流磁控溅射沉积了非蒸散型钛锆钒吸气剂薄膜,获得三维结构薄膜吸气剂。通过高分辨场发射扫描电子显微镜、热重分析、真空吸氢测试分别对薄膜的形貌和吸气性能进行了研究。吸氢性能测试结果表明,沉积在硅片与多孔硅支架上的400 nm厚度的薄膜,最大吸气速率分别为0.035 L·s^(-1)·cm^(2)和0.100 L·s^(-1)·cm^(-2),提升了185.71%;吸气容量分别为0.143 Pa·L·cm^(-2)和0.353 Pa·L·cm^(-2),提升了146.85%。将薄膜沉积在多孔硅支架上,提高了吸气剂的比表面积和孔隙率,增大了气体分子与吸气剂表面的接触面积,促进了吸气剂对气体分子的表面吸附和扩散作用,有效的增强了非蒸散型吸气剂薄膜的吸气性能。

多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

低压电器用银基触点材料研究与应用进展

银基电接触材料是低压电器的核心部件,其性能指标直接决定电气设备的安全可靠性。基于绿色环保要求,传统的银氧化镉电接触材料含有毒物质Cd元素,正逐渐淘汰。与此同时,电气设备的升级换代对银基电接触材料提出了更高的性能要求。针对银基电接触材料,从触点材料的失效机理、常见的银基电接触材料分类进行讨论,同时针对各种银基电接触材料存在的问题、成分设计与工艺优化以及仿真模拟的应用进行了全面的综述,并结合材料的研发需求,给了未来银基电接触材料的发展建议,为银基电接触材料的研究发展提供参考。

Xe^(23+)离子束轰击低温工况下的无氧铜表面解吸性能研究

强流重离子加速器运行时产生动态真空效应引起束流寿命缩短,需安装无氧铜束流准直器来降低该效应。为探究无氧铜材料在离子束轰击下的解吸性能,本工作设计并研制了满足低温工况的解吸率测试装置,在兰州重离子加速器国家实验室利用Xe^(23+)离子束完成了无氧铜温度在4.2 K、20 K、77 K和300 K,以及束流能量为0.58 MeV/u、0.96 MeV/u和1.3 MeV/u的在束试验。结果表明,离子束轰击无氧铜表面时解吸出最多的分子为H_(2),其次分别为H2O、CO、CO_(2)、Ar和O_(2);当温度为4.2 K、束流能量为0.58 MeV/u时无氧铜解吸出H2的比例为87.74%。在同一能量下,随着无氧铜表面温度的升高,解吸率呈增加趋势,能量为0.58 MeV/u时,4.2 K下无氧铜的解吸率仅为25 mol/ion,小于300 K时的600 mol/ion,表明温度越高其解吸产额越大。在同一温度下,随着束流能量的升高无氧铜表面解吸率增加,但增加趋势逐渐减缓,解吸产额趋向饱和。

基于双金属材料的电化学适体传感器用于磺胺二甲氧嘧啶检测

开发能够精准检测磺胺二甲氧嘧啶(SDM)的方法在食品安全领域至关重要。该研究利用具有优异电化学活性的镍锌双金属微花(Ni-Zn MFs)作为生物传感平台,同时,引入金锰纳米粒子(AuMn NPs)修饰的还原氧化石墨烯(rGO)作为电信号抑制单元(AuMn/rGO,AMG)。在此基础上,设计了一种用于测定SDM的高灵敏生物传感器。当目标物SDM存在时,能与SDM的结合适配体(Apt)标记的AMG(AMG-Apt)特异性结合,将电信号抑制单元带离电极表面,放大氧化还原探针[Fe(CN)_(6)]^(3-/4-)的电化学信号变化。提出的用于检测SDM的适配体传感器在1 pg/mL~100 ng/mL范围内表现出良好的线性关系,检出限(LOD)低至0.26 pg/mL。此外,该生物传感器在牛奶样品中也表现出令人满意的结果,有望在食品安全分析中应用。

大气贮存对激光刻蚀铜二次电子发射的影响

粒子加速器的工作性能受电子云效应的严重影响,二次电子产额(Secondary electron yield,SEY)是评判电子云效应的重要参数。利用激光刻蚀技术加工真空室内表面可以有效抑制真空室内二次电子发射,缓解电子云效应。无氧铜材料凭借其高电导率、高热导率和良好的辐射屏蔽性能成为建造新一代粒子加速器真空室的首选材料。由于粒子加速器真空室的建造周期长,在其制造、安装、调试过程中,刻蚀部件将不可避免地面临长期储存的问题。为研究大气贮存对刻蚀部件二次电子发射的影响,文章采用激光刻蚀技术对无氧铜材料进行表面处理,测试并分析刻蚀前后样品的表面特性与SEY。在样品贮存期间,定期对刻蚀样品进行SEY测试。结果表明,随着贮存时间的延长,刻蚀无氧铜的SEY逐渐升高。表面化学状态的变化是造成SEY上升的主要原因。文章将为未来加速器的真空室表面处理提供一种可行方法,为激光刻蚀部件的贮存方法提供实验支撑。

基于双通道方法对不锈钢高温出气性能的研究

采用双通道(SPP)方法对不锈钢材料在高温条件下真空出气性能进行研究。该方法能将传统动态法中真空测量元件对被测量材料出气速率的影响消除,提高测量精度;并通过SPP结构,在数据处理过程中只采用一只规管的真空度读数,避免规管的个体差异带来的计算误差。利用此方法测量了不锈钢材料的高温出气速率,并对比经过真空烘烤后充空气和充干燥氮气的出气性能差异。

ZrVFe吸气剂激活过程及其机理

通过X射线光电子能谱仪研究ZrVFe吸气剂激活过程中表面成分的变化,采用四极质谱仪监测激活过程中真空腔体内残余气体成分的变化。结果表明:暴露于过大气的吸气剂表面覆盖着H2O、CO2及碳氢化合物等,Zr和V主要以氧化态存在;在吸气剂加热激活过程中,V的氧化物在200℃开始还原;激活过程导致表面近金属态Zr的富集以及部分金属碳化物的生成;随着温度的升高,H2O、CO2及碳氢化合物逐渐从吸气剂表面脱附,在200℃以上,主要脱附气体为H2,整个激活过程未发现O2;ZrO2还原为近金属态或金属态,主要是由于ZrO2中的O通过向吸气剂内部扩散而离开吸气剂表面所致。

直流磁控溅射法在管道内壁镀TiZrV薄膜

用氩气作为放电气体,采用直流磁控溅射法,成功地在不锈钢管道内壁获得了TiZrV薄膜。分别利用能量弥散X射线谱和X射线光电子能谱测量薄膜的成分组成,应用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对薄膜进行了测试,并对TiZrV的二次电子产额进行了测量。测试结果表明:TiZrV的成分基本保持在Ti原子分数为30%,Zr原子分数为30%,V原子分数为40%左右,位于"低激活温度区"内;薄膜具有无定形的结构,由微小的纳米晶粒组成;加热激活后TiZrV的二次电子产额有所下降,其峰值由2.03降到1.55,低于不锈钢和无氧铜。

HT-7托卡马克中锂第一壁研究的先行试验

为了抑制等离子体杂质和减少粒子再循环,获得高品质的等离子体,HT-7超导托卡马克将进行锂限制器实验。为此需要在实验台上开展一些先行试验,以掌握锂材料操作的关键工艺;在加热和直流辉光放电下,借助光谱仪及膜厚仪得到温度与锂熔化、挥发、沉积之间的关系。实验表明在锂温度低于300℃的情况下,锂挥发不明显;从300℃到360℃,挥发速度逐渐加快;当锂温度高于370℃,锂挥发急剧增加。利用蒸发镀膜和直流辉光放电等离子体镀膜,在真空室壁沉积了约300nm的锂膜,装置真空明显改善,表明锂膜对各种气体有很强的吸附和抑制作用。实验表明锂是托卡马克装置第一壁的理想材料之一,可以用于抑制等离子体中杂质,降低氢同位素再循环,提高等离子体性能。采用锂作为HT-7限制器,有必要在安装过程中采用氩气保护,以避免锂的氧化,同时在实验期间应避免锂限制器温度过高,以防止锂的快速蒸发。

钛基非蒸散型吸气剂的性能研究

研究了不同成分经相同工艺制成的钛基烧结体非蒸散型吸气剂的性能。测试了钛基吸气剂在3种激活工艺下的室温吸氢性能,并将它们与传统同类型高温激活Zr-C吸气剂的室温吸氢性能作了对比。同时对钛基吸气剂进行了形貌观察、孔隙度测试和强度测试。结果表明,这种新型的钛基吸气剂在低温激活时的室温吸氢性能优于高温激活的传统Zr-C吸气剂,随着激活温度的升高,新型吸气剂的性能更好。此外,新型吸气剂抗振动性能很好,解决了传统吸气剂的掉粉问题。

高性能阴极基体用超细钨粉的制备

采用反向滴加沉淀法、微乳法和溶胶-凝胶法3种液相方法合成超细WO3,然后将超细WO3在高纯氢气氛中还原成超细钨粉。XRD,SEM和数学统计分布软件结果分析表明,溶胶-凝胶法得到立方相钨粉,颗粒大小均匀且具有良好的球形度,平均粒径约为200 nm,满足高性能阴极基体的要求。微乳法制备的钨粉形貌为片状,不适合作阴极基体的原始粉料。

不锈钢管道溅射镀TiN薄膜实验研究

在不锈钢管道溅射镀膜装置上，通过对不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜的反复多次实验及对镀膜实验结果的分析，得到了一整套适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数．实验结果表明，在压强为80～90Pa、基体温度为160～180℃的镀膜参数下，不锈钢管道内壁能获得符合加速器物理要求的TiN薄膜．

低压等离子喷涂316L等轴晶涂层及其性能研究

为研究低压等离子喷涂等轴晶涂层组织性能和形成机理,采用大气等离子喷涂(APS)和低压等离子喷涂(LPPS),分别制备了316L不锈钢涂层.利用金相显微镜,X射线衍射和显微硬度等方法,分析了2种涂层的金相组织、相结构、显微硬度和耐蚀性.结果表明:一定条件下制备的低压等离子喷涂SUS316L不锈钢涂层明显不同于传统大气等离子喷涂组织,为类似于锻造或铸造结构的等轴晶组织,低压等离子喷涂涂层等轴晶粒致密、细小,涂层中无氧化物相存在,耐蚀性优于大气等离子喷涂涂层.大气等离子喷涂层为片状堆积结构涂层,硬度高于低压等离子喷涂等轴晶涂层.

锆基吸气剂吸气性能的研究

研究了采用传统冶金工艺制备的锆基吸气剂在不同激活温度下的吸气性能,对比了锆基吸气剂对H2,N2,CO的吸气性能,同时对吸气剂的孔隙度、孔径、比表面积、表面形貌进行了测试。结果表明,激活温度为500℃时,吸气剂就具有吸气性能,随着激活温度的升高,吸气剂的吸气性能越好;吸气剂对H2的吸气性能远远好于N2和CO。对吸气剂在不同激活温度下吸气性能差异的原因做了深入的探讨,并初步分析了吸气剂对于不同气体的吸收性能,从而使人们对锆基吸气剂的认识更加深入全面。

TiZrV吸气剂的制备及吸气性能研究

采用粉末冶金的方法制备了TiZrV合金吸气剂,研究了烧结温度、激活温度和激活保温时间对吸气剂性能的影响。采用XRD测定TiZrV合金的相结构,用SEM观察烧结型TiZrV吸气剂的表面形貌,用EDS分析其表面的成分,用定压法吸气性能测试台测试其吸气性能。结果表明,TiZrV吸气剂的最佳激活温度为400℃,最佳烧结温度为700℃。

不锈钢管道低温溅射镀TiN薄膜技术

设计了一套适用于加速器细长管道真空室的低温溅射镀TiN薄膜装置。利用该装置，对Ф86mm×2000mm的不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜实验，并对镀膜实验结果进行分析，得到了适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数。样品测试结果表明：在压强为80～90Pa、基体温度为160～180℃的镀膜参数下，不锈钢管道内壁获得的TiN薄膜最佳，薄膜沉积速率为0．145nm／s。镀膜后真空室的二次电子产额明显降低。

Zr_xV_yFe_z低温激活吸气剂的CO吸气动力学研究

运用非自耗真空电弧炉熔炼不同配比的Zr_xV_yFe_z吸气合金。对Zr_xV_yFe_z吸气合金粉末的相结构进行了X射线衍射分析。经过350℃保温2h的激活工艺后,分别测试了Zr_xV_yFe_z吸气合金粉末在25,50,75,100和125℃对CO的吸气性能。结果表明:Zr_xV_yFe_z吸气合金是由C15Laves相Zr( V_aFe_(1- a))_2和α-Zr相组成。随着Zr( V_aFe_(1- a))_2相的增加,Zr_xV_yFe_z吸气合金粉末的吸收CO的能力有所提高。其中,ZrVFe(+50%Fe)配比的吸气合金粉末的吸CO性能最优。本文还根据菲克扩散定律,对Zr_xV_yFe_z吸气合金的CO吸气动力学进行了研究,分别求出了Zr_xV_yFe_z吸气合金粉末的CO扩散激活能:Zr70%-V24.6%-Fe5.4%为31.01kJ/mol,ZrVFe(+20%Zr)为44.33kJ/mol,ZrVFe(-20%Zr)为28.58kJ/mol,ZrVFe(+40%V)为24.48kJ/mol,ZrVFe(-40%V)为38.76kJ/mol,ZrVFe(+50%Fe)为21.87kJ/mol,ZrVFe(-50%Fe)为36.37kJ/mol。

TiZrV吸气剂薄膜吸气性能的研究

TiZrV合金在180℃下加热24 h即可激活,是迄今发现的激活温度最低的非蒸散型吸气剂,已在粒子加速器领域得到应用。采用直流磁控溅射法在不锈钢管道内壁获得了TiZrV薄膜,并研究了薄膜对CO和H2的吸气性能。在200℃下加热24 h后TiZrV对CO和H2的抽速分别为0.23和0.02 L.s-1.cm-2,吸气容量分别为6.8×10-5和6.6×10-2Pa.L.cm-2,且随着激活温度和时间的增加,吸气性能会有所提高。