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超导加速模组水平测试平台真空泵站结构分析与优化
赵凡;李菡;尉伟;岳泰;李靖国;孙兴中;本文以超导加速模组水平测试平台的束流真空泵站为研究对象，开展结构仿真分析和多目标优化设计，以满足其安全性和轻量化要求。首先，基于静力学仿真和子模型技术，分析真空泵站的强度和刚度并提出优化方案。随后，通过中心复合设计（CCD）方法和参数化仿真获得试验样本空间，建立克里金（Kriging）代理模型并进行响应面分析。最后，采用多目标遗传算法（MOGA）求得帕累托（Pareto）最优解，并对优选方案进行仿真验证。结果表明：优化后的真空泵站其最大等效应力为76.116 MPa，最大变形量为0.47151 mm，而泵站质量相比优化前仅增加了0.25%，优化结果满足多目标优化的设计要求，证明了所述多目标优化方法的可行性。本文研究内容可为加速器领域真空腔体的设计优化提供参考。
基于PIC/MCC模型与溅射模型的直流磁控溅射工艺仿真
江璐萍;温慧;张权治;磁控溅射作为一种高效、可控的物理气相沉积技术，广泛应用于大面积镀膜。本研究采用粒子/蒙特卡洛模型模拟直流平面磁控放电过程，并结合基于蒙特卡洛方法的溅射模型模拟靶材溅射及溅射原子的输运。在5 mTorr工作气压和-300 V的外电压条件下，系统研究磁场分布（改变磁控靶中内磁钢的尺寸）、离子诱导二次电子发射系数以及电阻值分别对磁控放电中等离子体特性和表面溅射的影响。结果表明，正交电磁场对电子的约束作用导致等离子体主要分布在磁场与靶面平行的区域。相较于改变内磁钢宽度，调整其高度对磁场分布的影响更为明显。降低内磁钢高度可以导致平行于靶面的磁场位置发生明显变化，从而使等离子体密度由倾斜分布形貌转变为垂直靶面分布，离子更加垂直入射到靶面。并发现溅射原子呈现近各向同性运动特征，随着基片与靶面间距增大，到达基片的原子通量逐渐降低但均匀性显著提升。
大型低温测试平台绝热支撑腿的结构设计与性能分析
吴清浩;杨庆喜;史根木;环向场（Toroidal Field，TF）和极向场（Poloidal Field，PF）磁体是国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）的关键部件。在超导磁体低温测试平台（Magnet Cryogenic Test Bench，MCTB）中进行TF和PF磁体性能验证时，需要支撑腿为磁体提供结构支撑。为了避免支撑腿对磁体施加过大的热负荷，影响实验结果，支撑腿的绝热结构设计显得尤为重要。基于TF和PF磁体的结构特点，本文采用了两种不同形式的支撑腿结构，并使用独立冷却板并辅以G10绝缘板作为支撑腿的绝热结构。为验证支撑腿绝热结构的性能，本文利用Fluent软件对液氦出口温度进行了数值模拟，并将模拟获得的液氦平均温度施加于流道壁面，结合Workbench稳态热模型计算磁体所承受的热负荷。仿真结果表明，支撑腿绝热结构的设计满足其绝热性能要求，为大型低温装置支撑系统的绝热结构设计与性能验证提供了参考依据。
真空炉温度场模拟研究
周明旭;李建昌;袁洪峰;龚志刚;真空炉温度均匀性是影响工件的应力和微观结构的关键，温度场模拟则是研究炉内温度均匀性的重要手段。本文首先梳理了不同温度场的测量方法，综述了常见网格划分方法及适用场景，对比了常用辐射模型及其特点，总结了影响炉内温度场的因素。未来真空炉研究应致力于：1）通过多物理场耦合模拟与实验结合，构建“结构—温度场—工件性能”一体化设计数据库；2）结合温度场模拟与神经网络算法，实现温度实时预测与智能化控制；3）对真空炉进行模块化设计，通过优化加热模块布局和温度监测控制模块精度，提高真空炉的温度均匀性。
非对称爪型干式真空泵转子型线设计与数值模拟
魏民;刘海滨;叶乐志;魏焱锋;爪型干式真空泵因其无油、高效等优点广泛应用于半导体制造领域。针对传统爪型干式真空泵在含颗粒介质环境中易磨损的问题，本研究提出一种基于非对称不完全啮合原理的转子结构优化方法。通过理论推导建立了转子型线的参数方程，重点优化节圆半径比和爪尖直线倾角等关键几何参数，并利用数值模拟分析了新型转子的工作特性。结果表明，优化后的转子容积利用率提升至41.55%，混合阶段压力波动减少，颗粒通过性显著增强。新型爪式转子设计能够有效改善压力分布和速度分布，可使余隙腔内最高压力降低42.35%，提高真空泵的效率和可靠性。该设计不仅能有效降低能耗和延长设备寿命，同时显著提升了半导体制造的工艺稳定性。研究结果为开发适用于半导体及其相关产业的高性能爪型干式真空泵提供了重要的理论依据，具有重要的应用价值。
用于胸部层析成像的分布式X射线管腔体设计
唐华平;荆增儒;马法杰;李国宇;李少华;陈志强;新型分布式X射线源有望推动层析成像的发展，关键器件分布式X射线管内部集成有数量众多的阴极-阳极组件，其新型真空腔体和射线窗结构需要重点研究。以胸部层析成像应用为目标，开展了分布式X射线管的长柱型真空腔体和长线型射线窗的结构设计，通过有限元模拟仿真，分析了不同结构方案的应力分布和腔体变形量，提出了一种分段多窗的结构方案，并进行设计加工和验证测试。完成了医用63焦点分布式X射线管的优化设计，真空腔体壁厚3 mm，线阵排布的7个窗引出X射线，每个焦点的出束射野都可以完整覆盖射线管中心正前方的43 cm×43 cm大小探测器，射线管实测重量为35.6 kg，各面最大内凹变形量为0.31 mm，X射线窗宽度最大变形量为0.092 mm，真空腔体的最大应力模拟计算结果为1.692×108 N/m2，各项指标达到预期要求。有限元模拟仿真分析有效指导了结构设计，真空腔体整体达到了重量轻、变形量小、应力低的目标，对该类型的真空腔体结构设计具有较好的参考作用。
原子层刻蚀：工艺、材料兼容性与应用研究进展
曹勇;高远;王正铎;樊秀微;刘忠伟;原子层刻蚀（Atomic Layer Etching，ALE）是一种基于“表面改性-刻蚀”循环机制的原子级精度材料去除技术，凭借其单层自限性、高选择性和三维均匀性，被广泛应用于半导体制造、纳米器件加工及光电子器件开发等领域。根据刻蚀过程所需能量来源不同，ALE技术主要分为热原子层刻蚀（T-ALE）、激光原子层刻蚀（L-ALE）、离子束原子层刻蚀（IB-ALE）和等离子体原子层刻蚀（P-ALE）。本文综述了各类ALE技术的基本原理、工艺特征及最新研究进展，重点探讨了等离子体原子层刻蚀（P-ALE）在硅基材料、氮化硅、氧化硅及过渡金属化合物等体系中的最新应用。同时，对比国内外发展现状，提出国内ALE技术有待突破多材料兼容性、工艺稳定性及环保前驱体开发等挑战。最后，本文展望了ALE技术的未来发展方向，包括激光-等离子体耦合工艺、机器学习驱动的智能化控制及低全球变暖潜能值（GWP）气体替代，为下一代原子级制造技术的研发与应用提供理论支撑。
气体流量比对氮化铜薄膜结构与电催化析氢性能的影响
孔彦毅;王英如;肖剑荣;蒋爱华;在不同气体流量比下，采用磁控溅射技术制备了氮化铜(Cu3N)薄膜，研究探索了结构与电催化析氢性能的关联机制。结果表明，随着气体流量比(R)从0.05增至0.25，薄膜中氮含量从16.08%显著提升至30.15%，铜含量相应降低；当R为0.20时，Cu3N薄膜的光学带隙最小(1.32 eV)，且电催化析氢性能最优，其过电位和塔菲尔斜率分别317.76 mV和259.28 mV·dec-1。结果表明，富铜改变了Cu3N的电子结构和活性位点分布，提升了析氢反应活性。本研究为气体流量比调控Cu3N薄膜的制备及其在氢能领域的应用提供技术参考。
氮化钛薄膜晶粒尺寸对局域表面等离子体共振的影响
蒋琬玉;林鑫;母德涛;贾永峰;符亚军;曹林洪;氮化钛因其具有类金属特性且光学性质可调谐的特点，在纳米光子学领域具有极大的吸引力。表面形貌、形状与尺寸等参数可有效调控氮化钛的等离子体特性，然而其薄膜晶粒尺寸对局域表面等离子体共振特性的影响机制尚未得到系统研究。本研究通过调控磁控溅射工艺中的氮气浓度与薄膜厚度，制备了一系列不同晶粒尺寸的氮化钛薄膜以探究其等离子体特性。随着溅射过程中氮气浓度的增加，氮化钛薄膜的化学组成趋近于化学计量比，同时晶粒尺寸由18.3 nm逐渐减小至13.2 nm。而当薄膜厚度减小至43 nm时，晶粒尺寸可进一步降低至7 nm。使用椭圆偏正光谱仪对介电函数进行研究，表明晶粒尺寸的减小在增强等离子体特性方面发挥了作用。
同步辐射真空紫外光束线气体滤波池差分孔的结构对分子束流和真空度的影响
范海涛;何子阳;刘成园;赵龙;潘洋;许鸣皋;杨玖重;王旭迪;同步辐射真空紫外气体滤波池通过填充氩气对高次谐波进行吸收，可有效消除高次谐波对实验的影响。但由于严重的气体束流效应，C-7真空腔的真空度较低，不利于光束线的长期正常使用，采取一定的措施解决束流效应很有必要。本文先使用Molflow+软件对气体滤波池的原始结构进行了真空模拟，模拟结果和实验结果的一致性高，并通过气体分子的角分布信息进一步解释了气体束流效应产生的原因。之后对差分孔T-4的结构进行优化，将差分孔T-4改进为结构2。在θ为4°时，差分孔T-4出口的小角度粒子比例降低16.3%，C-7真空腔的压强降低13.6%，出口截面的压强降低15.4%。