深冷温区环氧树脂和聚四氟乙烯电阻率与击穿特性研究

电阻型超导直流限流器的主要部件是限流单元和电气终端,其采用的低温绝缘材料主要是玻璃纤维加强环氧树脂和聚四氟乙烯。针对环氧树脂和聚四氟乙烯样品在深冷温区的绝缘特性进行研究。利用三电极法对两种材料的电阻率随温度和场强的变化规律进行了测量,对两种材料的击穿耐压进行测试并观察其击穿痕迹,进一步利用Weibull分布对试验结果进行分析,试验结果表明:电阻率随温度和场强变化,击穿耐压符合Weibull分布。     

基于激光旋转加热的非导电材料高温光谱发射率测试方法与装置

光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。对于非导电材料的高温光谱发射率测试,一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试,存在的问题是采用高温石墨炉加热时,样品可能会与高温石墨发生化学反应,从而破坏材料原有物性;采用辐射加热,一般是单向静止加热,会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计,提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法,建立了相应的测量模型,突破了传统的 “样品静中测”的局限,样品与参考黑体共形一体化设计,采用微区域光谱辐射成像方法,同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。建立了激光旋转加热状态下的热传导方程,对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算,结果表明旋转样品温场分布较为均匀,分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系,给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。基于该方法,搭建了相应的测量装置,对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试,在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试,得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。与国外的测量结果进行了比对,结果较为一致,验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。采用此方法,不破坏样品本身的理化特性,样品加热升温速度快,测量温度范围上限高,有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性,可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度,无需另外再设计标准高温黑体,解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题,可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。     

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。     

用于电真空器件的金属材料蒸发特性

随着现代通信卫星技术的发展, 对微波真空电子器件的寿命和可靠性提出了更高的要求, 广泛应用于微波真空电子器件的蒙乃尔、不锈钢等金属材料的蒸发性能直接影响器件的可靠性和寿命. 本文采用飞行时间质谱仪(TOFMS)研究金属材料蒸发性能. 利用TOFMS测试了真空本底、蒙乃尔、不锈钢等各种金属材料蒸发物的成分和大小. 测试结果表明TOFMS具有很高的灵敏度, 是一种非常快捷的研究金属材料蒸发的实验手段. 测试结果发现在远低于Mn, Cu及Cr熔点的温度下, 蒙乃尔、不锈钢材料加热到800 ℃左右时就开始出现Mn, Cu元素的蒸发, 在900 ℃时就有大量Mn, Cu和Cr元素的蒸发, 这些蒸发物蒸发到绝缘陶瓷上会使电子枪的绝缘性能下降, 因而蒙乃尔和不锈钢不适用于阴极电子枪零件, 尤其不适用于长寿命高真空器件的阴极电子枪零件以及其他容易受到电子轰击的零件(如阳极、收集极等). 研究了在超高真空状态下加热时间对蒙乃尔和不锈钢材料表面结构的影响. 发现蒙乃尔和不 锈钢在900 ℃ 的温度下加热一段时间后, 其表面结构有了很大的变化, 出现了大量的孔洞和晶界, 并且随着处理时间的延长, 材料的晶粒间界逐渐变大, 从而使材料的强度下降、出现渗气甚至漏气等现象, 因此蒙乃尔和不锈钢材料制作的零件尤其是薄壁零件不宜长时间在超高真空状态下高温加热. 结合相关的理论知识对此现象进行了详细的分析.     

CRAFT TF中场线圈导体及内部接头电阻-温度特性研究

我国于2019年启动了国家大科学装置聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)的建设,环向场(Toroidal Field, TF)线圈是聚变堆主机关键系统综合研究设施的重要组成部分.TF线圈绝缘制造采用真空压力浸渍工艺实现,因TF线圈体量巨大,为使线圈绝缘固化时温度均匀,减少绝缘树脂固化热应力,拟采用导体电流加热的方式进行加热.TF中场线圈有三个内部接头,因此需要同时知道导体和内部接头电阻与温度之间的关系,以防内部接头局部过热,导致绝缘固化失败.本文将中场内部接头样件加热到线圈绝缘工艺温度,用直流四线法测量导体和内部接头在不同温度下的电阻,得到在303～443 K温度区间内导体和内部接头电阻-温度关系式.发现相同温度下,导体电阻大于内部接头电阻,同时分析了内部接头铜套以及铬层对电阻的影响.并根据测得的电阻-温度关系式,可以得到在不同温度下超导缆及内部接头产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供重要的参考依据.     

聚氨酯泡沫压缩力学性能随应变速率变化

聚氨酯泡沫材料具有密封、隔热及绝缘等优良性能而在支撑及包装材料中得到广泛应用。作为支撑和包装材料，其压缩力学性能是重要的性能参数之一。聚氨酯泡沫属于粘弹性材料，其压缩力学性能不但与温度有关，而且还应与应变速率有关。本文测试了同种配方3种发泡密度的聚氨酯泡沫塑料试件在不同应变速率下的压缩力学性能，研究了3种密度聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能随应变速率变化的规律。     

Bi-2212 CICC导体用铠甲材料Ni-80Cr力学性能研究北大核心

CFETR(中国聚变工程试验堆)是一种新的托卡马克装置。这个商用反应堆要求极高的高场超导磁体。CS和TF导体的最大磁场将达到大约15 T,这远远高于现在的反应堆。为了满足需求,新的导体Bi-2212 CICC被认为是潜在的一个超导磁体。因为Bi2212线需要承受在氧气环境下的特殊高温热处理,铠甲的材料是一个关键问题。作为一种新材料,Ni-80Cr性能优良,而且在高温下与Bi-2212接触时,几乎不与其发生反应。为了研究Ni-80C的机械性能,将样品的力学性能放在不同的温度下(高温、室温、低温)进行测试。测试的结果在本文中给出。     

Bi-2212 CICC导体用铠甲材料Ni-80Cr力学性能研究

CFETR(中国聚变工程试验堆)是一种新的托卡马克装置。这个商用反应堆要求极高的高场超导磁体。CS和TF导体的最大磁场将达到大约15 T,这远远高于现在的反应堆。为了满足需求,新的导体Bi-2212 CICC被认为是潜在的一个超导磁体。因为Bi2212线需要承受在氧气环境下的特殊高温热处理,铠甲的材料是一个关键问题。作为一种新材料,Ni-80Cr性能优良,而且在高温下与Bi-2212接触时,几乎不与其发生反应。为了研究Ni-80C的机械性能,将样品的力学性能放在不同的温度下(高温、室温、低温)进行测试。测试的结果在本文中给出。     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

Bridgman压砧上叶蜡石封垫预烧工艺与内加热方式的改进北大核心CSCD

在Bridgman压砧上研究了不同预烧工艺对叶蜡石封垫高压性能的影响,发现提高焙烧温度有助于提高叶蜡石封垫的临界厚度和中心弹性区面积,能有效扩大样品腔尺寸,并对高温焙烧(最高900℃)的叶蜡石封垫进行了压力标定。在此基础上,对叶蜡石封垫的内加热组装方式进行了改进,并在常压和高压下分别测试了新组装方式的加热性能,实现了4.0GPa高压下1 300℃温度范围内的加热。这些实验工作为进一步开展在Bridgman压砧上制备大尺寸亚稳材料提供了实验条件。     

一种简单而有效的防止高温光谱实验中显微物镜温度过高的装置:空气吹扫装置

地球内部是一个高温高压环境。温度对于矿物的物理-化学性质有着非常重要的影响。随着温度的升高,矿物的分子振动、弹性模量、地震波波速等诸多性质有可能发生显著的变化,从而对地球内部的相关物理-化学过程产生非常重要的影响。高温谱学研究(如高温红外及高温拉曼)对了解矿物在高温下的物理-化学性质有着非常重要的意义。尽管高温谱学研究中常用的加热台带有冷却装置,能够确保加热台在很高温度下也能正常运转(如1 500℃),然而加热元件在高温下辐射出的大量热量可能使相关光聚焦物镜系统的温度急剧升高,从而造成热损伤,进而限制了高温谱学研究的温度范围。本文的创新点在于为克服这个困难,我们提供了一种简单而有效的防止高温光谱实验中显微物镜温度过高的装置,从而扩展高温谱学研究的温度范围。通过在物镜系统的附近添加了一套空气吹扫装置,加速空气流动而带走多余的热量,从而降低物镜系统的温度。测试表明:尽管这一装置非常简单,但却非常有效;当实验温度为~1 000℃时,物镜下表面的温度由原来的~235℃下降到~68℃。利用该空气吹扫装置,我们对镁橄榄石进行了温度高达~1 300℃的原位拉曼光谱研究,实验结果与其他研究报道的结果一致。这一事实表明,通过添加该空气吹扫装置,高温谱学研究可以比较容易地在超过1 300℃的高温下进行,所用物镜系统基本没有热损伤,从而避免采用能承受更高温度的不同材质的物镜或者运用长焦距物镜的昂贵办法。     

Bridgman压砧上叶蜡石封垫预烧工艺与内加热方式的改进

在Bridgman压砧上研究了不同预烧工艺对叶蜡石封垫高压性能的影响,发现提高焙烧温度有助于提高叶蜡石封垫的临界厚度和中心弹性区面积,能有效扩大样品腔尺寸,并对高温焙烧(最高900℃)的叶蜡石封垫进行了压力标定。在此基础上,对叶蜡石封垫的内加热组装方式进行了改进,并在常压和高压下分别测试了新组装方式的加热性能,实现了4.0GPa高压下1 300℃温度范围内的加热。这些实验工作为进一步开展在Bridgman压砧上制备大尺寸亚稳材料提供了实验条件。     

温升率对预载LY12试件热破坏影响的实验研究

 使用Gleeble 1500热力模拟实验系统研究了不同预载水平下的LY12铝合金试件在以不同温升率快速加热过程中的响应与破坏，实验结果不仅表明高温可使处于低应力水平下的试件发生破坏，而且表明在相同预载水平下，温升率越高则试件发生屈服和断裂时的温度就越高。对试件断口附近的金相组织的分析表明:高温升率下材料微观组织结构的热失配造成的材料微观组织的缺陷对试件的破坏过程具有控制作用。     

介质壁加速器高梯度绝缘子研制

与普通绝缘子相比,高梯度绝缘子(HGI)的金属层与绝缘介质层交替排列结构可以抑制真空沿面闪络过程,从而提高沿面闪络场强。使用不同绝缘介质材料和金属材料采用不同加工制备工艺制备的HGI样品其沿面闪络场强差别较大。对所制备的绝缘介质层分别为聚酰亚胺、交联聚苯乙烯和尼龙,金属层为不锈钢箔,形状分别为圆柱与圆环型的HGI样品进行了真空沿面耐压测试,并对相同尺寸的纯绝缘介质样品进行了对照实验,得到了不同材料不同制备工艺HGI样品的耐压性能差异。结合样品表面显微照片观察得到的样品表面状况,分析了影响样品沿面闪络场强的因素。     

真空中高压电极的单次脉冲沿面闪络耐压

氧化铝陶瓷以其优良的机电性能在特种电真空器件中被广泛应用，起着高压绝缘、真空密封以及支撑固定的作用。随着脉冲功率技术和电真空器件技术的迅速发展，对氧化铝陶瓷的耐压性能提出了更高的要求。实践表明，在真空条件下，氧化铝陶瓷绝缘子耐压水平往往低于其体击穿强度和相同尺寸的真空间隙的耐压水平，其原因就是绝缘子表面发生了沿面闪络击穿。针对真空器件在特定的环境中，氧化铝陶瓷绝缘子表面绝缘能力的提高已成为电真空领域所关注和亟待解决的问题之一。电极作为高压的加载对象，     

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。     

35kV低温绝缘超导电缆绝缘设计研究

主要研究了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘特性。首先对低温绝缘材料聚丙烯层压纸PPLP(Polypropylene laminated paper)的绝缘性能进行了绝缘击穿试验研究,得到PPLP工频耐压及雷电冲击耐压的绝缘强度。在此基础上,设计了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘,并且制作了模型样品,并对样品绝缘性能进行了局部放电试验及工频耐压试验,验证了设计的绝缘满足国家规定的电缆要求。对超导电缆的实际应用有着重要意义。     

InGaAs光电阴极制备工艺中的原位光电子能谱

为了探索InGaAs光电阴极高温净化工艺的最佳加热温度点,利用超高真空光电阴极制备与表征互联装置开展了不同加热温度点下的高温净化实验和表面铯/氧(Cs/O)激活实验。通过扫描聚焦X射线光电子能谱对化学清洗后、高温净化后以及表面激活后的InGaAs样品表面进行原位分析,检测不同温度点下表面杂质的脱附程度和化学元素组成变化。结果表明,样品表面的碳污染物和氧化物在625℃时都被完全去除,获得原子级清洁表面,但此时In元素会出现挥发现象,导致材料表面In含量降低,会使InGaAs材料的红外响应特性不明显,因此600℃被认为是最佳加热温度。结合原位紫外光电子能谱发现二次电子截止边随着温度的升高不断向高结合能的位置偏移,这表明高温净化能有效降低表面功函数值,而Cs/O激活能进一步降低表面功函数值,获得负电子亲和势,提高InGaAs光电阴极的近红外光电发射性能。     

厚壁球壳冲压成形过程的热力耦合分析

在高温下成形的金属，工件与模具、外界环境之间存在剧烈的热交换，同时塑性变形功及摩擦消耗功又转化成热能，这些都引起变形体内温度的急剧变化。在金属塑性成形过程中，当温度和应变速率对材料的屈服流动应力产生明显影响时，或高温下成形的金属，应力与应变关系必须采用粘塑性本构模型。采用热力耦合粘弹塑性模型对厚壁球壳的热拉伸成形过程进行了分析，模型如图1所示。毛坯材料为LD10锻件，凸、凹模材料用5CrNnMo，材料加热温度为470℃，并经过充分保温，凸、凹模初始温度均为120℃。润滑采用油基石墨，