高性能碳材料在HL—1M边缘等离子体中的辐照实验

碳材料尤其是掺杂改性的石墨和C／C复合材料仍是面对等离子体壁材料（PFM）的首选之一。近年来,我们用热压方法研制了一系列的硼（B）、钛（Ti)、硅（Si)掺杂石墨和B4C掺杂C／C复合材料。化学溅射和氢滞留与解吸实验研究表明,一定量的B杂质能够有效地减少化学溅射产额,降低氢和甲烷的解吸温度和减少甲烷的解吸产额。然而单项的模拟实验对于检验材料的综合性能是不够的,为此,有必要将材料引入Tokamak进行材料的边缘等离子体辐照实验,以研究材料的综合性能和协同效应机制,从而为材料的研制提供第一手的数据。     

SiC�ݶ�Ϳ��Բ���ʯī�������ܵ�Ӱ��

利用化学气相反应法对掺杂石墨材料进行了SiC梯度涂层,研究了SiC梯度涂层对掺杂石墨材料热力学性能以及微观结构的影响。获得了约100μm的SiC涂层,涂层后的材料导热性能下降,而机械强度有所增加。对涂层表面的物相成分分析表明,除了SiC之外,还有少量的单质Si。厚膜SiC梯度涂层的掺杂石墨材料在HT-7托卡马克装置中经等离子体放电实验后,SiC的颗粒形貌发生了明显的变化,涂层厚度下降到约30μm。     

����ʯī��Ϊ��Ե���������ϵ�Ӧ���о�

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂和B4C、Si、Ti作添加剂，利用热压工艺制备了系列重结晶掺杂石墨，并通过化学气相反应法在掺杂石墨表面沉积了有梯度的SiC涂层。对掺杂石墨的热力学性能、微观结构及在HT-7装置的聚变环境中的行为进行了考察。结果表明：与纯石墨材料相比，掺杂了10%的B4C的重结晶石墨力学性能得到明显的改善，抗弯强度达104Mpa，但导热性能较差；掺杂了Si、Ti的重结晶石墨的热导率高，达314W•m-1•K-1，但力学性能较差；掺杂了BSTDG的石墨在聚变环境中的抗等离子体辐照能力明显提高；在HT-7装置中经过一轮实验的辐照后，SiC涂层厚度因等离子体的刻蚀由初期的40～50μm下降至5μm左右，且局部区域涂层剥落。     

HT-7U第一壁材料在HT-7装置中的辐照实验研究

把为HT-7U装置开发的系列碳基面对等离子体材料及其比对样品安装在样品架上，通过磁力传送机构送入HT-7装置刮削层中进行辐照实验研究。经过若干次等离子体放电实验后，取出样品进行表面形貌。表面元素成分及深度分布的X射线光电子能谱分析。结果发展，碳石墨材料的渗杂改性和抗等离子体溅射腐蚀的B4C/SiC梯度功能涂层可以有效地提高其抗待了子体轰击的能力。     

HL—1装置等离子体辐照Tic涂层实验分析

一、引言在聚变等离子体中控制杂质的污染被认为是获得高温等离子体的重要问题之一。因此对材料要进行优化选择,例如石墨和碳就是目前有利的孔栏材料和结构材料。但是由于碳的自溅射作用和化学活性,在高温溅射时可形成易挥发的碳化物,如甲烷等从而增加了化学腐蚀。某些含碳的化合物如TiC,SiC和BC以及氮化物如TiN和Si_3N_4等是目前研究的一些有用途的材料。实际上TiC或TiN已经用于孔栏,壁内衬涂层或高频加热天线。     

等离子体表面梯度硅沉积对环氧树脂电气性能的影响

环氧树脂作为常见的绝缘材料,在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷,发生电场畸变,导致材料绝缘性能下降,影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能,在大气压等离子体射流技术的基础上,对环氧树脂表面进行等离子体梯度硅沉积处理。对改性前后环氧树脂表面理化特性、表面电导率、表面电荷消散和沿面耐压特性进行了多参数测量。实验结果表明,梯度改性对材料表面的物理形貌和化学组分均有明显影响,不同区域的电导率实现了梯度分布,加快了表面电荷消散速度,表面陷阱能级变浅;梯度改性后的样品沿面闪络电压提升幅度可达30.16%。通过等离子体表面梯度硅沉积处理能够改善环氧树脂表面电气性能,在高压直流设备的绝缘设计方面具有广阔的应用前景。     

����ֲڶȶ�������������ٲ��Ͻ����Ӱ��

依据钨材料表面溅射的实验现象,建立钨材料表面粗糙模型,模拟了高能H+、He+粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程,并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明,随着钨材料表面粗糙程度的增加,溅射率降低;对一定的粗糙表面,相同能量的不同入射粒子,质量越大粒子溅射率越高,这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。     

表面粗糙度对面向等离子体钨材料溅射的影响

依据钨材料表面溅射的实验现象,建立钨材料表面粗糙模型,模拟了高能H⁺、He⁺粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程,并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明,随着钨材料表面粗糙程度的增加,溅射率降低;对一定的粗糙表面,相同能量的不同入射粒子,质量越大粒子溅射率越高,这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。     

CHBr薄膜制备的初步研究

碳氢（cH）及其掺杂材料常被用作ICF实验靶丸烧蚀层材料。制备CH薄膜及其掺杂材料的方法有很多，诸如：离子束辅助沉积、离子溅射沉积、低压等离子体化学气相沉积（LPPCVD）等。近年来，详细研究了LPPCVD法制备CH薄膜的制备方法与工艺，形成了比较成熟的技术路线与工艺路线，并为“神光”实验提供了一系列实验靶丸。     

表面微结构对碳化硅晶须掺杂石墨阴极爆炸电子发射性能的影响

爆炸发射阴极已广泛应用于高功率微波源,但常规场致爆炸发射阴极存在使用寿命短或电子发射不均匀的问题,改善阴极材料是解决这一问题的有效途径.本文将碳化硅晶须掺杂到石墨中制备得到阴极,从二极管电流波形上升沿和输出微波脉宽产生的变化着手,分析了碳化硅晶须掺杂石墨阴极表面材料成分和微观形貌对其电子发射性能的影响机理.研究发现,碳化硅晶须的存在,不仅有利于阴极场发射的快速启动、发射微点数目增多,还有利于降低等离子体膨胀速度、抑制脉冲缩短现象,使得输出微波脉宽增大.随着脉冲发射数量增多,碳化硅晶须掺杂石墨阴极表面被等离子体不断"抛光",微凸起形状因子减小、均匀性提高,场发射启动速度减慢,但输出微波脉宽增大.     

含空腔的功能梯度声学覆盖层水下吸声特性

针对传统的声学覆盖层吸声频带窄的问题,基于功能梯度材料的特点提出了一种含空腔结构的水下功能梯度声学覆盖层结构,引入梯度有限元法建立了功能梯度型声学覆盖层的水下声学计算模型,研究了功能梯度声学覆盖层结构的水下吸声特性。与传统的功能梯度结构声学建模方法相比,在保证计算精度和计算效率的基础上,文中所建立的功能梯度结构声学计算模型可适用于更复杂的功能梯度声学结构声学性能评估。研究结果表明,功能梯度声学覆盖层能够有效改善中高频段的吸声性能,获得较好的宽频吸声效果。此外,空腔形状采用锥型空腔结构或者组合型空腔结构可以有效地拓宽功能梯度声学覆盖层的吸声频带。      

低温等离子体沉积类金刚石薄膜

一、引 言 类金刚石薄膜有很多优越的性质,除了化学惰性外,它还具有很好的电学、光学和机械性能,如电阻率高,可见,紫外和红外光的透射性好以及附着力强等。至今已有各种各样的制备类金刚石的方法。如热解、离子束、溅射和等离子体化学气相沉积(PCVD)等。 本文采用的方法是在热丝CVD中加入直流放电。由于把直流放电和热解化学的方法结合起来,增强了CH_4的分解,同时为了了解成膜的微观过程,采用等离子体参数的诊断方法,实地监测膜的生成过程,对实现具有一定性质的类金刚石膜的重复生长是有利的。     

高超声速再入体表面热解烧蚀效应数值模拟

表面防热材料热解与烧蚀效应研究在高超声速飞行器总体设计中具有重要应用价值。以热解烧蚀效应对飞行器目标特性及通信性能影响的预测评估为背景, 从化学非平衡气体动力学方程及固体热传导方程出发, 建立了气-固交界面上热解烧蚀壁面边界条件的一般形式及热物理化学模型, 发展了高超声速再入体绕流流场与表面材料内部温度场耦合求解的数值模拟方法, 并对计算模型和数值方法的可靠性进行了验证分析。在此基础上针对复杂外形再入体及表面硅基防热材料, 开展了典型再入条件下再入体绕流及尾流流场的数值模拟, 重点分析了表面材料热解烧蚀效应对流场等离子体分布的影响。研究表明: 在表面材料中不含碱金属杂质的情况下, 热解与烧蚀效应对流场中等离子体分布影响较小, 而在含有微量碱金属杂质的情况下, 热解与烧蚀效应对流场中等离子体分布及化学组分分布具有很大影响, 由此对再入目标特性与电磁通信性能带来的影响不容忽视。      

V—Ni合金的制备及吸氘性能

金属V作为贮氢材料具有良好的增压性能因而在ICF靶丸制备工艺中备受关注，但是金属V难活化，严重影响了其在增压材料方面的应用。为了改善金属V的活化性能，向金属V中掺杂少量的金属Ni以期达到对其改性和改善其贮氢性能的目的。     

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（10－100eV）、等离子体密度高（10^14-10^16cm^-3）、定向速度高（－10^7cm/s）、功率大（10^4W/cm^2）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的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，经脉冲等离子体处理过的金属材料表面性能得到了极大改善。     

制备工艺对电子俘获材料性能的影响

利用等离子体质谱(ICP-MS)技术测试了硫化助熔剂法和稀土直接掺杂工艺合成电子俘获材料的化学计量比,结果表明,采用稀土直接掺杂工艺合成材料的化学计量比更接近设计值;通过分析电子俘获材料的发光机制和光谱测试结果,讨论了制备工艺条件对电子俘获材料中稀土离子化合价的影响.     

TiO2包覆高镍NCM811的电化学性能研究

高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO₂,改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO₂层均匀地包覆在高镍NCM811表面,并且发现,在表面包覆过程中,还发生了体相掺杂。利用表面包覆和体相掺杂的共同作用,在1C放电的条件下,循环200圈后,材料的容量保持率从81.40%提升至92.39%,改善了材料的电化学性能。     

筒内高功率脉冲磁控放电的电磁控制与优化

高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术被提出以来就受到广泛关注,其较高的溅射材料离化率结合适当的电磁控制,可产生高致密度、高结合力和高综合性能的涂层,但其沉积速率低、放电不稳定、溅射材料离化率差异较大.我们设计了一种筒形溅射源,通过对结构的设计优化,利用类空心阴极放电效应,使问题得到解决.然而其靶面切向磁场不均匀,电子逃逸严重,进而造成等离子体密度偏低,且放电不均匀.本文通过对其放电和等离子体分布进行仿真,提出电场阻挡和磁铁补偿两种方案,研究了不同电场控制条件下的放电行为和等离子体分布.结果表明:增加电子阻挡屏极可以生成势阱,从而有效抑制电子从边缘的逸出;优化后的磁铁补偿可以显著提高靶面横向磁场的均匀性及靶面利用率.两种方案同时作用时,Hi PIMS放电刻蚀环面积更大、且更加均匀.     

光谱学与光谱技术

利用光学多道分析仪(OMA)拍摄了HT-6M托卡马克等离子体近紫外可见谱。系统分析了杂质行为,给出了主要杂质碳和氧的朝内的通量,在简化模型下计算了碳氧的化学溅射率,并由此得出碳氧杂质产生机制和可能的循环途径。结果表明,氧杂质在循环途径中起关键性的作用,控制氧     

S波段超材料完全吸收基板微带天线

设计了基于树枝状结构单元模型的完全吸波超材料,并将此树枝状结构完全吸波超材料作为微带天线的基板,制备了S波段超材料完全吸收基板微带天线,模拟和实验结果表明,窄带和宽带完全吸波超材料都可提高微带天线的定向性和增益,性能得到了明显改善.经过优化设计S波段超材料完全吸收基板微带天线的增益相比普通微带天线提高了1.8 dB,相当于有效辐射功率提高了51%.表明将完全吸波超材料作为天线的基板,可以明显改善天线性能. 关键词： 树枝状结构 微带天线 完全吸波材料 增益