压缩等离子体流脉冲能量密度修正方法

介绍了压缩等离子体流能量密度诊断存在的问题,基于能量的耗散走向分析及热传导计算模型,针对汽化过程对诊断带来的误差,给出了一种基于测量的质量损失,通过表面退行的有限元计算反推损失相同质量所需输入能量的能量密度修正方法,并对能量密度修正进行了评估,通过此方法得到的修正能量密度与实验结果相吻合,但要获得更准确的能量密度,还需针对屏蔽等离子体、反冲应力波等因素进行能量密度修正,或开发出更准确的能量密度诊断方法。

脉冲高能量密度等离子体陶瓷刀具表面改性研究进展

对刀具涂层技术的发展现状与趋势进行了综述,提出了提高涂层刀具性能的"五化"措施:沉积工艺复合化、薄膜组成多元化、薄膜结构多层化、薄膜组成和显微结构梯度化、薄膜晶粒纳米化。基于这个思想,提出了用高能量密度脉冲等离子体技术进行陶瓷刀具表面改性,并在最近几年用高能量密度脉冲等离子体同轴枪对硬质合金和氮化硅陶瓷刀具进行了镀膜改性尝试。使用该复合表面改性技术,所制备涂层刀具结构独特,很好地满足了"五化"思想,材料性能得到显著提高。在优化的工艺条件下,所得TiN、TiCN和TiAlN涂层刀具硬度高,纳米硬度分别为26～28GPa、50～53GPa和38～40GPa;膜基结合力强,纳米划痕临界载荷达80～110mN。所得TiN、TiCN和(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具能够在工业条件下对硬度高达HRC58～62的淬硬CrWMn钢进行干切削,实用切削速度可提高2～10倍,且刀具磨损较小;涂层氮化硅陶瓷刀具加工淬硬钢和灰铸铁(HB2200～2300MPa)工件时,比未涂层刀具后面磨损降低6～10倍。预示该技术是一种非常有前途的陶瓷刀具改性技术。

高能量密度脉冲等离子体同轴枪制备Ti(C,N)薄膜研究

用高能量密度脉冲等离子体同轴枪分别在硬质合金和氮化硅陶瓷刀具基体上沉积了Ti(C,N)薄膜,研究了各种因素对薄膜相转化的影响,通过XRD分析,最后得到合适的Ti(C,N)薄膜沉积工艺条件是:枪压3.5kV,同轴枪与试样间距30～40mm,氮气进气压力0.2MPa,电磁阀电压1.5kV,脉冲等离子轰击次数5次以上。

高能量密度脉冲等离子体制备高硬耐磨TiN涂层

用高能量密度脉冲等离子体于室温下在硬质合金刀具上成功淀积了高硬耐磨TiN涂层。实验结果表明,涂层与基体有强的结合力,纳米划痕实验临界载荷达90mN以上;TiN涂层具有很高的硬度和Young's模量,分别达27和450 GPa以上。涂层刀具切削实验表明,刀具可用于硬度高达HRC58—62的CrWMn钢切削,且磨损量较低,寿命长。

脉冲高能量密度等离子体沉积新型TiAlN薄膜

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下 ,在 45钢基材上制备出了 Ti Al N薄膜。利用 XRD、SEM等手段分析了薄膜的相组成及显微组织 ,利用纳米压痕仪测试了薄膜的纳米硬度分布及薄膜与基材的结合力。结果表明 :薄膜主要组成相为 Ti Al N,薄膜组织致密、均匀 。

高能量密度脉冲等离子枪在硬质合金刀具上沉积高硬耐磨涂层研究

用高能量密度脉冲等离子体枪,于室温下在硬质合金刀具基体上分别成功沉积了硬度高、耐磨损、膜基结合力强的TiN、TiCN和TiAlN薄膜。在优化的工艺条件下,所得TiN、TiCN、TiAlN薄膜纳米硬度分别可达27 GPa、50 GPa和 38 GPa;杨氏模量分别可达 450 GPa、550 GPa、650 GPa。纳米划痕实验临界载荷分别达 90 mN、110 mN和100 mN以上。切削实验表明,涂层刀具可用于高速切削,刀具后面磨损明显减小。刀具力学性能的改善归因于更优异力学性能涂层的沉积、良好的膜基结合力以及徐层特殊的显微结构。

低能量和低密度点阵CO2激光治疗痤疮凹陷性瘢痕疗效及对血清炎性因子表达的影响

目的探讨低能量和低密度超脉冲CO2点阵激光治疗痤疮凹陷性瘢痕患者疗效及对血清炎性因子表达影响。方法选择2017年6月至2019年6月首都医科大学附属北京潞河医院收治的痤疮凹陷性瘢痕患者122例,依据随机数字表法分为观察组与对照组各61例。对照组患者给予微针治疗,观察组在对照组基础上结合低能量和低密度超脉冲CO2点阵激光治疗。两组均以每2个月1次,连续3次。比较两组治疗疗效,结痂时间和红斑持续时间,治疗前后生活质量量表(quality of life scale,QOL)和瘢痕症状积分,血清肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-10(interleukin 10,IL-10)、白细胞介素-17(interleukin 17,IL-17)水平及患者满意度。结果观察组总有效率、患者总满意率均高于对照组,结痂时间和红斑持续时间快于对照组,差异有显著性(P<0.05)。两组治疗前QOL评分和瘢痕症状积分比较,差异无显著性(P>0.05);两组治疗后QOL评分较治疗前增加,而瘢痕症状积分较治疗前降低;观察组治疗后QOL评分高于对照组,而瘢痕症状积分低于对照组,差异有显著性(P<0.05)。两组治疗前血清TNF-α、IL-10和IL-17水平,差异无显著性(P>0.05);治疗后两组血清TNF-α、IL-10和IL-17水平较治疗前降低,观察组治疗后血清TNF-α、IL-10和IL-17水平低于对照组,差异有显著性(P<0.05)。结论低能量和低密度超脉冲CO2点阵激光治疗痤疮凹陷性瘢痕患者疗效良好,可减轻瘢痕症状,改善生活质量,降低血清TNF-α、IL-10和IL-17水平而减轻炎症反应。

强脉冲激光照射TC11合金组织和抗氧化性能分析

为了改善TC11钛合金表面性能,采用强激光照射方法对其进行表面辐照处理,并研究脉冲能量密度对激光照射TC11钛合金表面形貌及性能的影响。结果表明,经过1J/cm^2的强脉冲激光照射后,合金表面出现熔融,随着脉冲能量密度增大,合金表层的熔坑外径变大;激光照射后合金表层形成了约1.5μm外径的微孔,其构成元素主要为Mg,O,S,C;经脉冲照射处理后TC11合金显微硬度明显增大;当脉冲能量密度增加后,合金显微硬度也随之上升,合金试样的抗高温氧化性能得到明显的提升;合金表层形成的氧化物包含颗粒状和层状两种形貌类型,氧化物主要由Al2O3与Cr2O3构成。该研究对提高TC11钛合金表面抗氧化性能是有帮助的。

高压脉冲电场对小球藻破碎效果的影响

含油微藻的破碎是微藻制油过程中的重要环节。为此,利用清华大学自主研制的高压脉冲电源(THU-PEF4)系统,针对小球藻的光合活性和叶绿素质量浓度这2个生物量,重点考察了高压脉冲电场强度、脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性及样品电导率对小球藻处理效果的影响,在此基础上结合双荧光染色法和流式细胞仪研究了高压脉冲电场(PEF)对微藻细胞的穿孔破碎效果。研究发现高压脉冲电场强度和脉冲注入能量密度是影响高压脉冲电场处理效果的关键因素,而脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性对小球藻的处理效果影响不大。当电场强度从2.5 MV/m增加到5.0 MV/m时,20 m S/m电导率下的小球藻细胞破碎率从17.21%增加至83.29%;当脉冲注入能量密度从8.9 k J/L增加到149.52 k J/L时,4.5 MV/m电场强度作用下的小球藻细胞破碎率从9.78%提高到81.78%。

脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术研究

为实现脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术,利用THU-PEF4（自制高压脉冲电源）系统,采用碘化丙啶PI和Sybr GreenⅠ对小球藻进行了荧光染色试验,在激光共聚焦显微镜下定性研究等效脉冲能量密度和电场强度对小球藻细胞穿孔率的影响;结合流式细胞仪对小球藻穿孔细胞进行计数分析,定量研究等效脉冲能量密度和电场强度对小球藻细胞穿孔率的影响规律。实验发现：在激光共聚焦显微镜下,小球藻细胞膜电穿孔率随场强和等效脉冲注入能量的增加而增加;230 kJ/L的脉冲注入能量密度下,2.5~4 MV/m场强区间内,电场强度每提升0.4~0.5 MV/m,小球藻细胞发生不可逆电穿孔的比例提升约15%;4 MV/m场强下,当注入能量〉230 k J/L时,小球藻细胞膜穿孔率〉89%;小球藻细胞的穿孔比例在一定范围内随电场强度基本呈线性关系,随等效脉冲注入能量密度的增加呈现先增加后趋于平缓的趋势。因此,可以通过控制电场强度和等效脉冲注入能量密度来实现脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术。

激光能量对沉积纳米Si薄膜晶粒尺寸的影响

为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。

脉冲高能量密度等离子体法制备TiN薄膜及其摩擦磨损性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在 4 5号钢基材上制备出了超硬耐磨TiN薄膜 .利用XRD ,XPS ,AES ,SEM等手段分析了薄膜的成分及显微组织结构 ,并测试了薄膜的硬度分布及摩擦磨损性能 .结果表明 :薄膜主要组成相为TiN ,薄膜组织致密、均匀 ,与基材之间存在较宽的混合界面 ;薄膜硬度高 。

脉冲高能量密度等离子体法类金刚石膜的制备及分析

利用脉冲高能量密度等离子体法在光学玻璃衬底上、在室温下成功的制备了光滑、致密、均匀的纳米类金刚石膜 .工艺研究表明 :放电电压和放电距离以及工作气体种类对纳米类金刚石膜的沉积起着关键作用 .利用拉曼光谱、扫描电镜以及电子能量损失谱分析薄膜的形态结构表明 :薄膜具有典型的类金刚石特征 ;纳米类金刚石膜的晶粒尺寸小于 2 0nm甚至为非晶态 ;类金刚石膜中含有一定量的氮原子 ,随着沉积能量的升高 ,氮的含量增大 .纳米类金刚石膜的薄膜电阻超过 10 9Ω cm2 .对放电溅射过程进行了理论分析 ,结果与工艺研究的结论吻合 .

脉冲高能量密度等离子体材料表面改性及其应用

脉冲高能量密度等离子体(pu lsed h igh energy density p lasm a,PHEDP)是一项新的材料表面改性技术.它集高电子温度、高能量密度、高定向速度于一身,在制备薄膜时具有沉积薄膜的温度低、沉积效率高、能量利用率高的优点,并兼具表面溅射、离子注入、冲击波和强淬火效应等综合效应;它可以制备纳米晶或非晶硬质薄膜,提高基底材料的表面硬度和耐磨、耐蚀性能;能够实现非金属材料表面金属化,所制备薄膜与基底之间存在很宽的混合过渡区,因此膜/基结合良好.文章主要介绍了作者近年来在该领域的部分研究成果,简要介绍了脉冲高能量密度等离子体的原理、特点及应用.分析了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象.

高能量密度脉冲等离子体制备的氮化钛刀具涂层的微观结构与力学性能

室温下用高能量密度脉冲等离子体在硬质合金刀具上成功淀积了硬度高、耐磨损、膜基结合良好的氮化钛涂层.俄歇分析表明,薄膜与基体间界面大于250nm;涂层与基体的结合良好,纳米划痕实验临界载荷达90mN以上.纳米压痕实验表明,氮化钛涂层具有很高的硬度和杨氏模量,分别达27GPa和450 GPa以上.涂层刀具切削实验表明,刀具可用于HRC高达58～62的CrWMn钢切削,且磨损量较低,寿命长.微观结构分析表明,高能量密度等离子的注入效应、晶粒细化效应等对薄膜硬度、杨氏模量、膜基结合力和抗磨损性能等物理性能的改善起主导作用.

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部,导致压缩破坏和功能失效.通过设计并引入微孔洞,显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力,从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量,并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通.建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程.冲击波压缩下孔洞塌缩,导致体积收缩变形和滑移以及转动变形,使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性.对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明,多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料.在短脉冲加载下,相较于遭受整体破坏的致密脆性材料,多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价,阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品,避免了材料的整体功能失效.

脉冲激光能量密度对Mo薄膜生长的影响

用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(100)基片上制备金属Mo薄膜,研究薄膜结晶性能与能量密度之间的关系,探讨薄膜生长机制和粒子能量在薄膜生长中的作用。原子力显微镜(AFM)图像显示,薄膜表面平整、光滑,均方根粗糙度小于2nm。X射线衍射(XRD)分析表明,随着能量密度的增加,Mo薄膜衍射峰宽变窄,薄膜从非晶态逐步变为多晶态,晶粒尺寸逐步变大。

脉冲高能量密度等离子体沉积(Ti,Al)N薄膜组织及其性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在 4 5 #钢基材表面沉积了高硬度耐腐蚀 (Ti,Al)N薄膜 .利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱分析了薄膜的显微组织 .利用纳米压痕仪测试了薄膜的纳米硬度 .测试了薄膜在 0 5mol LH2 SO4 水溶液中的耐蚀性 .测试结果表明 :薄膜主要组成相为 (Ti,Al)N ,同时含有少量的AlN ,薄膜的纳米硬度高达 2 6GPa ,薄膜具有良好的耐蚀性 ,与 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比 ,耐蚀性提高了一个数量级 .

橡胶硫化模具的激光清洗技术

介绍了激光在橡胶硫化模具清洗中的应用状况;研究了激光无损清洗橡胶硫化模具的工艺参数,并对各关键参数进行了详细的分析测试,确认了最佳工艺参数区间。结果表明,激光在橡胶硫化模具的清洗应用中很有潜力。

脉冲高能量密度等离子体薄膜制备与材料表面改性

脉冲高能量密度等离子体是一项全新的等离子体材料表面处理和薄膜制备技术 .文章主要介绍了作者近几年来在这方面的研究成果 .从理论和试验上研究了脉冲高能量密度等离子体的产生机制及其物理性质 .研究了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象和物理机制 .诊断测量表明 ,脉冲等离子体具有电子温度高 (10—10 0eV)、等离子体密度高 (10 1 4— 10 1 6 cm- 3)、定向速度高 (～ 10 7cm s)、功率大 (10 4 W cm2 )等特点 .在制备薄膜时具有沉积速率高 ,薄膜与基底粘结力强 ,并兼有激光表面处理、电子束处理、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相沉积等综合性特点 ,可以在室温下合成亚稳态相和其他化合物材料 .在此基础上 ,系统地进行了脉冲等离子体薄膜制备和材料表面改性及其机理的研究 .在室温下的不同材料衬底上成功地沉积了性能良好的较大颗粒立方氮化硼、碳氮化钛、氮化钛、类金刚石、氮化铝等薄膜材料 .沉积薄膜和基底之间存在一个很宽的过渡层 ,因此导致薄膜与基底有很强的粘结力 .