2026年 02期
螺杆真空泵抽气性能预测模型与分析方法研究
吴俊;朱文明;何海斌;王雷;吴青云;王旭迪;吴杰;随着半导体等领域对真空环境洁净度要求的提高，干式螺杆真空泵凭其无油、高抽速、节能等特性被广泛应用。通过数值模型实现对螺杆真空泵的抽气性能预测，是其研发设计的关键。已有螺杆真空泵抽速性能预测的腔室模型，不能正确给出气体在泵内输运过程的压强连续变化曲线。为此，文章提出了一种新的“动态腔室模型”，用于螺杆真空泵的抽气性能预测研究。通过与实验抽速曲线的对比，验证了提出的新模型能够更精确地预测螺杆真空泵的抽速性能:在趋近泵极限真空度、入口压强为5.8 Pa时，“动态腔室模型”的预测抽速为40.18 m3/h，与实测抽速差异率为31.5%，而已有腔室模型的预测抽速为41.63 m3/h，与实测抽速差异率为63.2%。并且“动态腔室模型”可以给出连续的螺杆转子腔室压强变化曲线，从而能够反映螺杆真空泵整个工作周期的气体输运状态。
双级阳极层霍尔推力器热优化分析
陈兴锴;刘超;郭宁;高俊;王尚民;李沛;孙明明;杨俊泰;何非;成荣;赵臻;王聪;包振廷;双级阳极层霍尔推力器的阳极与磁路过热问题，是制约该类型推力器广泛应用和功率密度提升的重要因素，研究采用有限元分析结合热平衡实验的方法，建立了较高可信度的热特性仿真模型。在推力器1.1 kW工况工作时，温度模拟值与实测值非常接近，4个测温点平均误差为4.71%。并且在此模型的基础上，采用内绕线柱内填充热管，外壳阳极绝缘陶瓷填充等多种技术方案组合对推力器进行热设计优化后，推力器在2.15 kW工况工作时，零部件的温度降低至合理区间，优化后，该推力器功率密度提升95%。仿真结果可以为提升霍尔推力器出口功率密度提供指导，并对同类型推力器提供热特性分析数值方法。
基于氧化物阴极发射探针的空间电势测量
杨金双;李建泉;文章基于氧化物阴极发射探针和改进的零发射极限拐点电势技术，进行了平行双极板间的空间电势分布测量研究。研究结果表明，在高真空(～10-4 Pa)环境中，氧化物阴极发射探针对空间电势的测量结果与理论结果能够很好地保持一致，二者之间的相对误差均在0.1 V之内，其空间电势测量精度达到传统钨丝发射探针的相同水准。将氧化物阴极发射探针在双极板间平行移动，并进行多次重复测量，结果表明氧化物阴极发射探针在空间电势测量过程中保持高精度的同时也具有很好的稳定性。
Bosch放电参数对RIE-lag的影响研究
龙思宇;曹世程;陈志华;黄振贵;Bosch工艺在高深宽比刻蚀中的应用愈发广泛，而反应离子刻蚀滞后效应(RIE-lag)仍是约束其刻蚀均匀性及最大深宽比的因素之一。文章采用多尺度仿真，通过耦合全局模型，鞘层模型和刻蚀模型对高深宽比下反应气体为SF6和C_4F8的Bosch工艺刻蚀进行了模拟，研究了各种放电参数对RIE-lag的影响。结果表明，偏压功率和频率均以离子能量角度分布来影响RIE-lag，较低离子能量增加到一定值时，会增加刻蚀前沿的离子数密度，从而使RIE-lag有所改善；而超过该能量值后RIE-lag则会加剧；线圈功率会直接影响气体放电产生的粒子数密度来改变RIE-lag，随着功率的增加，RIE-lag同样呈现出先降低后升高的非单调变化趋势；钝化阶段压力的增加会延长刻蚀钝化层的时间，改善RIE-lag。最后结合Bosch循环中的时间序列与刻蚀深度关系图分析发现，偏压功率、偏压频率以及线圈功率等参数的调整都会造成钝化层刻蚀速率和硅基刻蚀速率的同时变化，使RIE-lag的变化趋势复杂化，而只改变钝化阶段的压力时，由于未影响硅基刻蚀速率，使得硅基刻蚀线在水平方向平移，RIE-lag的变化则更可控。研究结论对实际工程中的Bosch工艺优化具有重要意义。
基于阿伦尼乌斯公式的不同材料放气加速因子研究
宋仕涵;刘文豪;周瑞安;王旭迪;在材料放气的研究中，阿伦尼乌斯公式常用于加速寿命实验的加速因子计算，利用活化能定量表征其与温度之间的关系。然而，当前研究中往往忽略了放气率在实验过程中的变化，导致理论模型与实际结果存在偏差。文章以阿伦尼乌斯公式为基础，从理论上分别探讨了其与金属材料（304不锈钢）和聚合物材料（聚酰亚胺）放气机理间的联系。结合材料放气的活化能与衰减因子，建立了统一的加速因子数学模型，并通过两种实验方法（流导法，升压法）进行验证。结果表明：由于放气机理不同，聚酰亚胺与不锈钢的衰减因子存在显著差异：聚酰亚胺的放气衰减现象明显，计算其加速因子时必须予以考虑。该研究为不同材料的加速寿命实验提供理论依据，并为后续多材料样品整体加速因子计算奠定了基础。
油气回收真空泵压缩机性能智能测试系统研究及工程应用
徐法俭;刘继睿;潘成新;黄志婷;王延建;刘玉倩;任昌青;油气回收是资源循环利用、环境保护、持续发展的动力，更是全球治理和社会发展需要。化石能源开采、输运、使用过程中挥发性油气不断产生，收集处理这些气体的装备涉及到真空泵、压缩机等。抽速和真空度是真空-压缩机最重要、互相关联参量，不同类型的真空泵有不同的气量测定理论、方法和规范。定压法和定质量流量是最常用的方法，传统测量方法采用手动控制测量元件，取得原始参数，再套入标准、规范公式计算出真空泵和压缩机的流量值（抽速）和对应压力（真空度）。但是这种测试方法大部分采用水银柱、油柱标识压力值、差压值，可能造成污染和人体损坏，不符合《关于汞的水俣公约》之规定，也无法实现智能化测试。为此依据气量测量原理，研究并实施了自动化采集数据和计算实现真空泵气量、压力等主参数的测量、记录、整理，并通过数据库建立、比对，对测量对象做出符合性、等级判定。该测试系统推广到工程中，通过现代网络技术与设计者、客户等建立实时的分析、调试和远程控制通道，实现油气回收输运装备分系统模块的数字化自动工作。
罗茨转子四种圆弧轮廓构造的性能对比与选型策略
李玉龙;为明确罗茨转子四种圆弧轮廓构造（A：顶轴圆心、B：节圆外中轴圆心、C：节圆内中轴圆心、D：谷轴圆心）对产品性能的量化影响及介质适配选型需求。研究先基于统一轮廓构造方程，用UGNX软件量化叶截面积、质心半径等叶属性；再以Pumplinx软件对低黏度空气（1000 rpm）、高黏度水（400 rpm）开展CFD仿真；最后分析多维度性能。表明叶属性与理论流量特性排序为B>C>A>D,B型转动惯量较A型降23.0%、理论排量增4.26%；低黏度下A型性价比最高、C型泄漏最大，高黏度下D型性价比最优（较A型增1.4%）、B型挤压膨胀压力波动极大。四种转子性能差异显著，选型需匹配介质黏度：低黏度优选B、C型，高黏度优选A、D型并辅以小径向尺寸与低转速。
气体均匀供给装置的仿真设计与实验研究
邬全兵;杨一新;张超毅;侯少毅;胡强;工艺气体导入的均匀性或均匀度的可控性是显示面板行业的重要研究课题之一，直接影响基板的镀膜质量。基于流体在圆管中流动的运动学规律，分析了二分法导致多出口流量不均匀性的影响因素，提出了基于逆旋转二分法的结构设计方法并据此设计了棒状结构导管和环状结构导管，采用增材制造技术制备了该两种结构导管并进行了均匀性实验，通过无因次分析方法分析了实验数据的流量均匀性规律。研究结果表明：转弯流道是影响二分流均匀性的主要原因；经过n级分流后单流道被分成2n个流道出口，出口前设置蓄积腔能明显提高流量均匀性。通过流体运动学仿真与实验数据的对比研究，验证了该结构设计方法的有效性和优越性，为气体均匀供给装置的均匀性分流设计提供了参考。
差异沉降下装配式低真空管道的结构力学行为研究
夏志鹏;王剑宏;刁芊滕;袁月;王世兴;刘健;超高速磁悬浮交通系统的发展离不开装配式低真空管道，但在长期运营中地基等差异沉降引起管道变形、与真空压力耦合容易导致结构接头破坏、密封失效。研究利用低真空管道实验平台开展了低真空管道结构模型试验，并结合数值模拟分析了差异沉降与真空压力耦合作用下装配式管道结构力学行为。研究结果表明，在真空压力作用下，管道结构发生环向受压、轴向受拉变形；当管道接头发生竖向位移，管道受力变形增大，并随着位移增大，管道环向与轴向应力出现了强弱交替、内力重分布现象；当管接头竖向位移为2 mm时，管道环向均受压，而轴向的拱顶部受拉、拱底部受压；但当竖向位移达到5 mm时，管道轴向拱顶部最大拉应力为4.67 MPa，拱底部最大压应力为-5.46 MPa，环向应力发生分布不均现象。外部极端差异沉降对管道结构受力变形影响较大，对装配式管道结构设计提出了更高要求。
八面体模型理论应用：泡沫陶瓷的比表面积
刘培生;程伟;杨春艳;基于多孔材料八面体结构模型，通过适当的数学处理方法，获得了此类材料的比表面积计算公式。文章通过若干泡沫陶瓷产品比表面积的实践研究，对该计算公式进行了系列的实践应用和验证。既涉及不同材质的泡沫陶瓷产品，也涉及不同结构的泡沫陶瓷产品。研究结果显示，本表征公式既可较好地计算不同材质的泡沫陶瓷的比表面积，也可较好地计算不同结构的泡沫陶瓷的比表面积。这说明本表征公式对泡沫陶瓷比表面积的计算具有良好的实践能力。考虑到前期对泡沫金属良好的验证结果，可认为本表征公式对所有多孔材料的比表面积均具有良好的计算实践能力。