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。

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。

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.

等离子体聚集装置下的高能量密度单晶金刚石快速生长研究

单晶金刚石是一种性能优异的晶体材料,在先进科学领域具有重要的应用价值。在微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)单晶金刚石生长中,如何提高晶体的生长速率一直是研究者们关注的重点问题之一,而采用高能量密度的等离子体是提高单晶金刚石生长速率的有效手段。在本研究中,首先通过磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真计算,优化设计了特殊的等离子体聚集装置;随后基于模拟结果进行生长实验,采用光谱分析和等离子体成像对等离子体性状进行了研究,制备了单晶金刚石生长样品;并通过光学显微镜、拉曼光谱对生长样品进行测试。模拟结果显示,聚集条件下的核心电场和电子密度是普通条件下的3倍;生长实验结果显示,在常规的微波功率(3500 W)、生长气压(18 kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm^(3))的等离子体与模型计算结果吻合。高能量密度生长条件并不会对生长形貌产生较大影响,但加入一定量氮气能够显著改变生长形貌,并对晶体质量产生影响。采用这种方法,成功制备了高速率(97.5μm/h)单晶金刚石。不同于通过增大生长气压来获得高能量密度的途径,本研究在常规的生长气压和微波功率下也可以生长高能量密度单晶金刚石。

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。

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 。

材料表面改性脉冲高能量密度等离子体研究

采用热敏纸和量热计作为诊断手段，研究了同轴等离子体枪产生的脉冲高能量密度等离子体的空间分布及其对材料表面改性的影响。结果表明，在一定的轴向距离内，等离子体束呈现轴对称截面分布，其沉积能量密度在（1．3～5）×104J／m2之间。为获得较好的表面改性结果，要求等离子体束的沉积能量密度在（2～2．5）×104J／m2范围内，并在束截面内均匀分布。同轴枪电极结构及放电电压等均对等离子体束的能量密度及其分布具有明显影响，因此可通过改变同轴枪参数，以获得所需的等离子体条件。

脉冲高能量密度等离子体表面改性AlN膜的形成和结构

利用脉冲高能量密度等离子体(ＰＨＥＤＰ)表面改性技术,在４５号钢、γ不锈钢等试样上获得ＡｌＮ膜．采用ＸＲＤ,ＸＰＳ和ＴＥＭ等方法研究了改性膜的组织结构．研究表明,改性膜是由１０ｎｍ尺寸的ＡｌＮ相组成．ＡｌＮ相结构随基体的结构而异．在具有面心立方结构的基体上．形成具有面心立方结构的ｃ－ＡｌＮ相、而在体心立方的基体上形成六方ｈ－ＡｌＮ相．从热力学角度,讨论了ＰＨＥＤＰ表面改性中ＡｌＮ形成的特性．

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。

飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律

为研究飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律,利用考虑电子态密度(DOS)效应的模型计算了电子热容和电声耦合系数随电子温度的演化规律,并与采用QEOS(quotidian equation of state)模型计算结果进行了对比;提出DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型,计算得到电子温度、晶格温度、等离子体羽位置时间演化规律和等离子体压力时空演化规律,并与QEOS飞秒脉冲激光冲击强化模型结果进行了对比。结果表明:DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型计算得到的等离子体羽位置随时间的演化规律与实验结果吻合程度更好;增加激光能量或功率密度、考虑电子DOS效应会增加电子、晶格温度和等离子体压力。

强激光与固体密度等离子体作用产生孤立阿秒脉冲的研究进展

强激光与固体密度等离子体作用产生的阿秒脉冲具有强度高、脉宽短等优势,因此吸引了很多研究者的注意.由于超快过程的泵浦探测技术需要的是一个孤立的阿秒脉冲,因此本文重点讨论了相对论强激光与固体密度等离子体作用产生孤立阿秒脉冲的几种物理机理.最近的几个代表性工作表明,强激光与固体密度等离子体作用还可以产生脉宽更短、强度更高的半周期阿秒脉冲.半周期孤立阿秒脉冲在对原子、固体中的电子进行超快的非对称操纵或探测等方面具有重要的应用,因此本文对半周期阿秒脉冲产生的理论机制、实验可行性、标定测量、及应用前景进行了深入的讨论.

第九届高能量密度物理青年科学家论坛在北京成功召开

2023年8月24日至27日,第九届高能量密度物理青年科学家论坛在北京怀柔成功举办。本次论坛由中国物理学会高能量密度物理专业委员会和中国物理学会粒子加速器分会主办,北京大学、中国科学院物理研究所、中国科学院高能物理研究所承办,广东省新兴激光等离子体技术研究院、《强激光与粒子束》编辑部、《MRE》编辑部协办。会议吸引了来自全国38个高校和科研单位的400余人参加。

不同密度高能量脉冲CO_(2)激光修复面部痤疮凹陷性瘢痕的效果及安全性观察

目的:探讨不同密度高能量脉冲CO_(2)激光修复面部痤疮凹陷性瘢痕的效果及安全性。方法:遴选2019年4月-2021年4月复旦大学附属中山医院吴淞医院皮肤科就诊的122例痤疮凹陷性瘢痕患者,随机分为高密度组(60例采取高密度高能量脉冲CO_(2)激光修复治疗)和低密度组(62例采用低密度高能量脉冲CO_(2)激光修复治疗),比较两组临床疗效、治疗安全性、疼痛程度、不良反应发生情况及患者美学满意度。结果:治疗后,低密度组瘢痕改善总有效率显著高于高密度组(93.55%vs 78.33%,P<0.05);治疗后,低密度组水肿持续时间、脱痂时间、色素沉着持续时间均显著小于高密度组(P<0.05);各组内治疗前后VAS评分对比,差异有统计学意义(P<0.05),治疗后各时间点低密度组评分均显著低于高密度组(P<0.05);低密度组总并发症率显著低于高密度组(6.45%vs 18.33%,P<0.05);低密度组美学满意度显著高于高密度组(85.48%vs 68.34%,P<0.05)。结论:低密度高能量脉冲CO_(2)激光较高密度高能量修复面部痤疮凹陷性瘢痕疗效更好,恢复更快,相关并发症更少,美学满意度更高,值得临床推广。

用脉冲激光全息干涉术测量稠密等离子体电子密度分布

利用脉冲激光作为探测光源 ,采用全息双曝光法对激光惯性约束核聚变高温高稠度等离子体的诊断 ,开发了原理上全新的诊断方法 .打靶主激光与探测激光实现严格同步 Δt≤ 1 0 - 11～ 1 0 - 10 s,可获得高空间分辨率 Δδ≤ 1 μm等离子体二维图象 (阴影图象和干涉图象 ) ,并保证时间分辨率 Δt达到 1 0 - 11s左右 .

基于箍缩装置的高能量密度物理实验研究进展

基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造出了惯性约束聚变研究所需的高温辐射场;研究了金属箔套筒和固体套筒的内爆动力学特性;利用中低Z材料内爆获得了可观的K壳层线辐射并用于X射线热-力学效应实验研究;磁驱动准等熵加载和冲击加载为材料动态特性研究提供了新的实验能力;采用环形二极管和反射三极管技术的轫致辐射源获得了高剂量(率)的X射线和γ射线;利用磁驱动的径向金属箔模拟了天体物理中恒星射流的形成及其辐射的产生。此外,还介绍了利用反场构型磁化靶聚变装置开展的预加热磁化等离子体靶形成等实验结果。

超强超短激光脉冲与低密度等离子体相互作用中快电子流聚束现象的研究

本文通过建立一个超强超短激光脉冲与低密度等离子体相互作用的简单模型,讨论了相互作用过程中的快电子流聚束现象,得到了产生快电子流聚束的条件以及快电子流聚束后的半径所满足的关系.