有限尺寸方靶等离子体离子注入动力学的三维粒子模拟研究

采用三维粒子模拟模型研究了有限尺寸方靶等离子体浸没离子注入过程中的鞘层动力学行为,得到了鞘层尺寸和方靶表面的注入剂量、注入能量以及注入角度等信息,并与二维无限长方靶注入结果进行了对比.模拟结果表明,与无限长方靶不同,有限尺寸方靶周围鞘层很快扩展为球形,但鞘层厚度明显减小.在模拟的50ω^-1_pi时间尺度内靶表面注入剂量很不均匀,中心区域注入剂量最小,四个边角附近位置注入剂量最大.这种剂量不均匀性是由于鞘层扩展为球形,使得鞘层内离子被聚焦并注入到边角附 关键词： 等离子体浸没离子注入 数值模拟 三维粒子模拟 有限尺寸方靶     

梯形管内壁等离子体离子注入鞘层扩展MATLAB-PIC数值模拟

基于MATLAB利用Particle-in-cell模型,对梯形管内壁等离子体离子注入过程,进行了二维数值模拟.计算结果表明在中心电极附近出现了"阳极鞘层",该鞘层内部不存在离子,而且在鞘层边缘离子密度最高.在上下管壁上的离子注入剂量呈现"m"形分布.通过对注入过程中等离子体密度分布和不同时间段管壁不同位置离子注入剂量的跟踪,发现"阳极鞘层"扩展行为是导致"m"形分布的原因.由于梯形管形状的不对称性,"阳极鞘层"的边缘向梯形长底方向扩展较快.在注入初始时刻离子注入的能量很低,随着时间延长离子能量逐渐升高,这是由离子初始位置决定的.可见梯形管自身形状决定了鞘层形状和最终的离子注入能量和剂量分布.     

塑料超声焊接头熔化状态与强度

对塑料超声焊接头熔化状态影响其质量的因素进行了研究．通过对焊接接头熔融体温度、粘度、剪切速率等材料物理参数的测试分析发现,焊接压力和振幅对接头熔化层的尺寸及流动状态影响很大,随焊接振幅和焊接压力的增大,塑料熔融体的温度提高,粘度减小,熔化层的厚度而减小．利用光学显微镜观察了接头的组织形貌,发现接头熔化层组织具有明显的熔体流动方向性,焊接振幅和焊接压力越大,熔体剪切速率越大,接头熔化层内组织取向越明显．接头剪切和弯曲强度的测试结果表明,接头力学性能具有明显的各向异性,为获得合适熔化层厚度和组织取向程度,必须合理选取焊接工艺规范,这样才能取得满意焊接接头质量．     

聚合物物理属性对离子注入效应的影响

聚合物导电性能差, 表面电荷积聚所产生的电容效应致使其表面电位衰减, 采用等离子体浸没离子注入对其表面改性是非常困难的. 建立了绝缘材料等离子体浸没离子注入过程的粒子模拟(PIC)模型, 实时跟踪离子在等离子体鞘层中的运动形态及特性并进行统计分析. 并基于PIC模型, 将聚合物表面的二次电子发射系数直接与离子注入即时能量建立关联, 研究了聚合物厚度、介电常数和二次电子发射系数等物理量对鞘层演化、离子注入能量和剂量的影响规律. 研究结果表明: 当聚合物厚度小于200 μ m, 相对介电常数大于7, 二次电子发射系数小于0.5时, 离子注入剂量和高能离子所占的份额与导体离子注入情况相当. 通过对聚合物表面离子注入剂量和高能离子所占份额的研究, 为绝缘材料和半导体材料表面等离子体浸没离子注入的实现提供了理论和实验依据.     

脉冲偏压上升沿特性对等离子体浸没离子注入鞘层扩展动力学的影响

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种廉价高效、非视线的技术.采用等离子体粒子模型，通过假设电子密度服从Boltzmann分布，求解Poisson方程和Newton方程，跟踪离子在等离子体鞘层中的运动形态及特性并进行统计分析，研究了不同上升速率和形状的6种波形上升沿对鞘层时空演化、离子注入能量和剂量的影响.结果表明，在PIII过程中，脉冲上升沿影响了等离子体鞘层的扩展，且不同波形诱导的鞘层厚度间存在最大差值.电场强度在鞘层的外边缘区域存在陡降区，离子的运动为非匀加速过程.可以通过调整脉冲 关键词： 等离子体浸没离子注入 鞘层 粒子模型 上升沿     

约束阴极微弧氧化放电特性研究

利用Na₂SiO₃-KOH溶液体系,以工业纯铝为基体材料对约束阴极微弧氧化的放电特性进行了研究.考察了恒压模式下电极距离对氧化电流、电位分布及起弧电压的影响,并对电极距离与微弧氧化电能利用率间的关系进行了分析. 结果表明:对于阴阳极等约束条件下,随阴阳极距离加大,工作电流逐渐减小. 而对于仅约束阴极情况,工作电流随着阴阳极间距增加而增大. 这是由于增加阴阳极间距时,虽然约束阴极正下方试样表面的电场强度降低,工作电流减小,但远离约束电极处,阳极表面电场强度却增加,工作电流增大. 起弧电压随电极间距离的增大而升高,但阳极表面电场强度几乎保持不变. 微弧氧化陶瓷层厚度由处理中心沿半径向外逐渐变薄,且中心处陶瓷膜厚度随电极距离的增大迅速减小,电能利用率随之降低. 关键词： 微弧氧化 约束阴极 放电特性 电极间距     

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采用PIC/MCC模型,通过数值模拟的方法研究了束线离子和靶台复合加速离子注入过程中靶台偏压大小对注入过程离子动力学行为的影响,重点考察了不同偏压作用下离子的注入能量、注入剂量、注入角度以及注入范围的变化.结果表明,靶台上施加脉冲偏压后,在束流离子的作用下空间电荷分布发生变化,束流正下方的电势线会发生凹曲,凹曲的电场同时又作用于空间中的带电粒子,影响粒子的运动;靶台偏压越高,零电势线距离靶台越远,靶台电场对离子的作用范围越大.离子的注入剂量、注入能量随着靶台偏压的增大而增大,而偏压对离子注入角度的影响并不大,大部分离子都以垂直入射的方式注入到靶台表面.另外,离子注入到靶台上的面积会因束流离子在靶台电场中飞行偏转而增大,并且偏压越大注入面积增大越明显.     

阶梯型脉冲电压诱导连续能量质子谱数值仿真

 热控涂层质子辐照的地面模拟研究中采用单一能量质子替代空间能量连续分布的质子,连续能量质子谱是其等效性研究的关键。提出了采用阶梯型脉冲负偏压鞘层加速技术在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法,并利用质点网格法对所获得质子谱的剂量-能量关系进行了数值仿真研究,分析了连续能量质子谱的剂量-能量分布特征及连续能量质子谱的形成过程。结果表明:阶梯型脉冲负偏压鞘层加速能够产生连续能量的质子谱,连续谱是每微秒区间入射到样品的质子叠加而成的,且每个区间所产生质子的能量与该区间电压值相对应,连续谱中,随着质子能量的增加,其剂量总体上呈现下降的趋势。     

4 MV激光触发多级多通道开关特性

报道了4 MV激光触发多级多通道开关的结构设计和初步的实验结果及分析。该开关采用轴向聚焦触发方式，设计为匀场结构，采用场调整环与匀压环调整开关间隙电场分布，电极-绝缘子序列采用堆栈结构替代榫接结构，独立定位、紧固。实验结果表明:4 MV激光触发多级多通道开关的自击穿电压偏差小于5%，自击穿电压与工作气压呈良好的线性关系；触发延迟时间约25 ns，极差小于±2.5 ns，抖动1.5 ns；等工作电压-气压比条件下，随着气压和工作电压的上升触发延迟时间及其抖动趋向下降。