高压点火装置的设计及实验研究

由于火花发生装置实际作用于点火的能量不确定,导致混合性气体燃料的着火温度和爆炸性物质的敏感度难以测定。针对此问题,根据电容储能式电火花放电原理设计开发了一种火花能量可调的电点火系统。系统由升压回路、充电回路、泄放回路、控制回路和点火回路组成。通过使用小波去噪法对储能电压变化曲线处理,计算点火系统的额定储能;再根据放电回路电流特性构造了指数衰减的正弦周期性振荡拟合函数,计算获得了放电系统的振荡周期、等效电阻、等效电感和实际作用于点火的火花能量。结果表明：该点火系统可以实现在预设范围内对电火花能量大小进行调整,并且该系统具有安全、稳定的工作性能,可以为其他学科的研究提供技术支持,具有实际应用价值。     

高电压点火有效能量的测量及相关问题

建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置,利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离,得到了爆炸波的变化趋势和传播规律,并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较,得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗,初始1/4周期放电能量仅约占2%,其余的点火能量只起到加热混合物的作用。     

黑腔芯轴平台微细电火花加工技术

采用电火花成型加工技术,在黑腔芯轴侧表面加工平台。采用白光干涉仪对平台表面轮廓及粗糙度测量,结果表明: 平面部分表面粗糙度小于0.5 m,最大峰谷高度小于15 m。通过奥林巴斯测力显微镜对平台尺寸测量,结果表明：平台的轴向尺寸加工精度可控制在10 m,同一电极加工的平台尺寸一致性可控制在2 m。分析了电极损耗对零件形状精度的影响规律以及平台表面粗糙度的影响因素,并通过负极性加工去除电极损耗对平台尺寸精度的影响。     

飞秒激光诱导有机薄膜自组装微结构

通过改变辐照激光脉冲数、激光的平均功率、显微镜物镜倍数/数值孔径等研究微皇冠结构形成与加工条件的关系,并借鉴激光熔池形成和液滴溅射的模型对其进行理论分析。当激光脉冲数达到一定数量后,烧蚀区域会出现微皇冠结构。烧蚀区域尺寸的改变是由于形成的液体区域中热毛细作用和化学毛细作用共同所致;微皇冠结构溅射个数的改变是由于形成的气体因多光子吸收体积迅速膨胀所致。     

ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变（ICF）实验中,点火靶丸表面（界面）的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯（CH）圆片、柱状碳气凝胶（CRF）和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明：柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000 m、730 m和250 mgcm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15 m和730 m,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100 m和4.3 m;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2 m和3 m。     

微加工工艺应力的喇曼在线测量

针对微加工工艺过程造成的残余应力,文中提出了喇曼在线测量方法,并对最常用的三种微加工工艺:淀积、腐蚀或刻蚀及键合进行了喇曼在线测量.测量结果与理论分析相符,淀积工艺中,氮化硅对硅片造成的残余应力比氧化硅造成的大,且氧化硅在硅衬底上形成的残余应力是压应力,氮化硅形成的是张应力;刻蚀工艺和键合工艺对硅片造成了相对较大的应力分布,且都为张应力,最大值超过300MPa.     

考虑高指数晶面的体硅腐蚀模拟新CA模型

针对目前体硅腐蚀(硅各向异性腐蚀)的3D CA模型无法引入(211),(311),(331),(411)等较多高密勒指数晶面,模拟精度不高的问题,建立了一种高精度的体硅腐蚀模拟的新3D连续CA(元胞自动机)模型.模型可以有效引入(211),(311),(331),(411)等高密勒指数晶面,提高模拟精度.模拟结果与实验结果一致,证明了模型的模拟效果,对体硅腐蚀模拟研究和提高MEMS设计水平具有一定的实用意义.     

微加工薄膜变形镜特性分析

借助测量微加工薄膜变形镜驱动器的面形影响函数,分析了驱动器的电压-位移函数和驱动器之间的线性叠加性;通过对连续面形变形镜拟合像差的理论分析和实验研究,建立了微加工薄膜变形镜电压解耦模型。分析了对前36阶Zernike模式的拟合残差和拟合能力,指出微加工薄膜变形镜仅可用来拟合低级像差并且有较大的拟合能力和较小的拟合残差,而不能拟合高级像差。     

超短脉冲激光辐照金属薄膜温升效应的模拟研究

考虑到材料的质量热容、热导率、驰豫时间等热力学参数随温度非线性变化因素的影响,利用具有人工粘性的、自适应时间步长的前向差分算法,数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型,讨论了厚度为50 nm的金膜在0.1 ps脉冲激光辐照下的温升规律。数值结果表明：薄膜前表面自由电子的温度在大约0.27 ps时达到最大值,不同厚度上自由电子达到温度平衡所需的时间大约为1.6 ps,而薄膜温度在整个厚度上达到平衡所需时间为60 ps左右。由电子温度及其温度梯度引起的热电子崩力很可能是造成材料破坏的一个主要因素。     

飞秒激光刻蚀石英工艺研究

为了探究石英晶体飞秒激光刻蚀工艺,本文使用波长为1030 nm、重复频率20 kHz、脉冲宽度290 fs的飞秒激光系统研究了飞秒激光参数、定焦点与变焦点扫描以及飞秒激光裂片技术对刻蚀石英材料的影响。首先研究了飞秒激光扫描次数、扫描速度及离焦量对刻蚀石英微槽的影响规律。其次对比分析了定焦点扫描与变焦点扫描对微槽形貌的影响,最后研究了飞秒激光裂片石英材料技术。研究表明,在激光单脉冲能量为60μJ,扫描速度4 mm/s,扫描次数为50条件下获得槽宽为32μm,深宽比达2.2的石英微槽;相较于定焦点扫描,变焦点扫描时微槽侧壁趋近于直壁状态,微槽壁面角从56°降低至34°;当扫描次数增加到一定程度时会在微槽底部诱导裂纹的产生,微裂纹进一步扩展形成切面,裂纹扩展区切面质量明显高于飞秒激光烧蚀区。