ILC正电子源靶接触热传导冷却技术的初步研究

国际直线对撞机（ILC）正电子靶沉积的热功率将超过20 kW,传统的冷却方式已无法满足要求。美国Argonne国家实验室提出了摩擦接触热传导冷却的方法。根据Argonne实验室的研究方案,设计了一种旋转摩擦接触冷却的简化装置,根据热传导理论,结合ANSYS软件模拟了旋转冷却过程中的温度分布,理论上验证了方法的可行性。按照模拟的参数和结果,进行了摩擦接触热传导冷却实验,通过实验结果和数据分析证实了,低温区（20℃~50℃）有良好的冷却效应,初步验证了摩擦接触热传导冷却方案的有效性。A new scheme that cooling international Linear Collider (ILC) positron source target by touching thermal conduction (TTC) is presented by Argonne National Laboratory (ANL).Recent results of simulation for cooling the iron targets with 300 and 450 W heat reservoir by ANSYS and experiment of cooling the iron target with 300 and 450 W friction heat reservoir at Institute of Modern Physics (IMP),Chinese Academy of Sciences (CAS),have proved that the TTC has good cooling effect in low temperature zone (20℃~50℃),and preliminarily verified the feasibility of TTC for cooling the ILC positron source target.     

激光珩磨专用机床的运动控制研究

 以发动机气缸/活塞环摩擦副为具体研究对象,研制了一种新型激光珩磨设备。由于发动机汽缸套载重大,且形状不规则,故设备采用激光头既旋转又直线运动的运动方案。该设备在移动轴和转轴中分别安装有高精度光栅尺和高精度增量旋转编码器以提高运动控制系统的精度。为了使微凹腔沿圆周均匀分布,采用了小数分频原理,能够实现任意小数分频。通过对运动控制卡与自制的调Q控制卡的软件编程,实现了运动控制系统与激光系统的协同控制,用以在气缸表面加工出特定的微观形貌。加工方法采用的是“单脉冲同点间隔多次”的激光微加工新方法。利用该方法能够方便地加工出微观或宏观的形貌且能显著地减少激光加工所带来的负面热效应。     

同位旋对用裂变截面探测鞍点前摩擦的影响

耦合了轻粒子发射的随机Langevin模型被用于计算三个Bi裂变系统因核耗散效应引起的相对于标准统计模型预计的裂变截面值的变化,σ_fdrop作为激发能的函数。发现209Bi的σ_fdrop要大于202Bi和195Bi的σ_fdrop,这表明高同位旋系统209Bi的裂变截面对摩擦强度有更大的敏感性。该结果建议,当实验上使用裂变激发函数来更精确地提取鞍点前摩擦强度时,应产生具有高同位旋的复合核。进而,通过Langevin计算拟合p+206Pb和p+209Bi反应的裂变激发函数数据,提取的鞍点前摩擦强度为（3~5）×1021 s-1。Langevin models that are coupled with particle emission are applied to calculate the drop of fission cross section caused by friction over its standard statistical-model value, σ_fdrop, as a function of excitation energy for three Bi nuclei with different isospins. We find that σ_fdrop become larger for 209Bi than for 202Bi and 195Bi, indicating a greater sensitivity of fission cross section to friction for high-isospin 209Bi. These results suggest that, to more accurately determine the presaddle dissipation strength by measuring fission excitation functions, it is best to populate those compound systems with a high isospin. Furthermore, we analyze the data of fission excitation functions measured in p + 209Bi and p + 208Pb reactions, which yield high-isospin 210Po and 209Bi systems, and extract a presaddle friction strength of (3-5)×1021 s-1 by comparing Langevin simulations with these experimental data.     

Ti(C,N)基金属陶瓷磨损机理的研究

研究了Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）基金属陶瓷的磨损特性,结果表明,其摩擦学性能优良,耐磨性随占结相Ｎｉ的增加而降低,在干摩擦下其磨损机理同为粘着磨损及硬质相剥落,随Ｎｉ含量的减少,金属陶瓷的粘着减轻,在油润滑条件下,金属陶瓷的磨损机理是犁削及硬质相剥落。     

不同载荷及转速条件下MoS2涂层的摩擦磨损性能研究

为获得二硫化钼(MoS₂)涂层在聚变堆部件表面使用条件下的摩擦磨损特性,采用单极性脉冲磁控溅射技术在铁铬镍基高温合金A286上制备了厚度为2μm的MoS₂涂层,并针对MoS₂涂层在不同载荷及转速条件下的摩擦学性能展开了研究。经验证,沉积的MoS₂涂层结晶度较好,沿(002)面择优取向;随测试转速的增加,摩擦系数逐渐减小,在转速为50r·min^-1时,摩擦系数平均值为0.0722;在转速固定时,摩擦系数随测试载荷的增加先减小后增大,当载荷为7N时达到最小平均值0.0763。     

摩擦振子行为的建模与探究

一般认为滑动摩擦力正比于接触面之间的正压力,而摩擦系数只和接触面材料有关,与摩擦副之间的相对运动速度大小无关。在对IYPT2020第13课题“摩擦振子”的研究中,我们搭建了适用的实验设备,得到摩擦振子振幅先随时间增大,然后受摩擦轮转速限制而稳定在一定值的实验结果。由理论分析可知,振幅随时间增大的现象是摩擦系数随摩擦副之间的相对速度增大而减小决定的。摩擦系数随速度变化的定量测量证明了这一依赖关系。     

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.     

基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO₃固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO₃作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。     

电控摩擦离合器的初步实验研究

以十二烷基磺酸钠水溶液作为润滑液,以石墨作为辅助电极,以氮化硅／黄铜摩擦片组成摩擦副,考察了自行研制的电控摩擦离合器试验台的工作特性及摩擦力矩对外加电场响应特性。结果表明,当外加电压从OV增加到20V时,电控摩擦离合器的摩擦力矩增大约2倍,摩擦力矩随外电压变化的响应时间约为3s。据此可以认为,电控摩擦技术可望应用于摩擦传动装置。     

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.