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关键词： 溅射靶   等离子体   磁场   溅射过程  

摘要： 磁控溅射镀膜技术以基板沉积温度低、溅射速率高、薄膜质量好等优点被广泛应用。但溅射靶源作为镀膜设备的核心,一直存在靶材表面水平磁场分布不均,冷却系统换热效率低以及膜厚均匀性差等问题。针对这些问题,本文在现有研究的基础上,设计出一种靶材利用率较高的圆平面靶源。研究工作如下: （1）理论方法分析及初始模型建立。结合圆平面磁控溅射靶的工作特点,首先,对气体直流辉光放电反应的原理以及内部微观机理进行阐述,建立辉光放电模型;其次,依据磁控溅射磁场的作用,建立数学模型;最后,对溅射过程和冷却系统等相关理论进行深入分析,建立初始模型,为后续研究提供理论依据。 （2）施放电过程仿真。本文运用COMSOL 6.0软件对直流辉光放电模型进行仿真,分析不同靶基距、工作压力及工作功率的电子密度分布,研究结果表明:靶基距为80mm、反应腔内工作压力为6Pa、功率为100W时等离子体分布理想;进一步对该条件下的氩离子、氩稳态粒子、电子温度、电场及电势纵、横方向的分布进行分析。 （3）磁场设计仿真。为提高靶面水平磁场分布均匀度,提高靶材利用率,本文运用COMSOL 6.0软件对靶源的磁铁、导磁片、极靴、磁轭等进行设计分析,得到高均匀度的靶面水平磁场分布。研究结果表明:当内外磁环高度为0mm、内外磁铁直径比为4.0倍;磁铁与靶材间距为13mm;极靴形状为三角形厚度为7mm;导磁片以外磁铁内边缘为起始点,向内延伸15mm、厚1mm时,在42.9m T到45.9m T范围内的水平磁场分布可占整个靶面的54%左右。进一步研究表明:取3m T作为计算标准,在最佳溅射磁场范围的区域占比高达70%左右,较原结构提升近5倍。 （4）溅射过程及冷却系统仿真。为提高溅射过程的稳定性,及稳定的工作温度,本文运用SRIM和Fluent软件对溅射过程及冷却系统进行模拟研究。对厚度为50?的单质Al靶,以不同离子入射能,不同入射角进行溅射。研究结果表明:声子能损为70%,估算出Al靶在极限功率密度25W/cm2时的发热壁面热流密度为180k W/m2。进一步研究表明:当入口水速为1.5m/s时,靶材表面大约80%的区域温度控制在310K以内,最低温度可达到305K以下。

关键词： 有限长接地导线   频率域电磁法   全区视电阻率   正演   数值计算  

摘要： 我国大力支持矿产资源的开发,但随着资源的过度采集,许多浅部矿种的资源储量与可供能力大幅度下滑,伴随产生大量采空区,使得周边岩体受力不均,严重可引发地质灾害,威胁人民生命和财产安全。因此,获取深部地下信息成为勘查资源、预防地质灾害、维系国民基础设施等工作中的重难点。 电磁探测方法是探测地下结构的地球物理手段之一,其中人工源电磁测深法作为重要分支,由于信号源稳定可控、抗干扰能力强、探测数据质量高等优点被广泛运用于生产工作中。长接地导线作为常见的电磁法激励源,其穿透能力强,适用于深度探测;导线长度长,信号范围覆盖广;工作灵活,信号可控性好,探测效率高,因此可用于大面积的深部资源勘探与研究。人工源电磁场的计算一直是基于远源偶极子近似或叠加近似进行,忽略了近源区观测数据的误差。为了获取全区的电磁特性,本文引入矢量位,直接求解麦克斯韦方程组,再根据边界条件确认待定系数,最后根据电流分布特性直接推导出层状介质表面长接地导线源激励的电磁场计算表达式,直观地区分了接地电极与载流导线对电磁场的作用,设置典型地电模型验算,证明该方法在任意测区均能取得准确、稳定的计算效果。 为综合分析长接地导线电磁场各分量的特征,进行频率域长接地导线电磁场一维正演计算,研究激励源的布设规模、地层参数、装置参数变化对频率域测深曲线的影响。结果表明,可通过扩大收发距减弱低阻屏蔽与高阻层厚引起的计算误差,并针对地下目标层的埋深、规模和电阻率大小选取合适的激发源长度、观测点位置和工作频段,以获取精确的全区电磁数据。对长接地导线源电磁场展开一维正演工作对实际使用长接地导线源的勘查工作提供了指导,为下一步反演工作提供了理论模型基础、提高反演精度,也为对地下复杂空间介质展开研究提供一定的理论方法参考。

关键词： 电磁力   MFS   虚位移原理   能量守恒   表面力密度  

摘要： 无论是载流导体还是铁磁、软磁物体,只要它们处于磁场中,就会受到电磁力的作用。在变压器、发电机、电机等电磁设备中,电磁力均起到关键作用,是实现电能转换和传输的重要物理机制。 由电子科技大学计算机仿真技术团队研发的磁场仿真软件MFS(Magnetic Field Simulator)可以对多种物理模型仿真求解,并且可以得到较为准确的磁场数据。但MFS还不具备电磁力计算的功能。因此,为了进一步拓展MFS软件的应用范围,本文主要研究了电磁力的计算方法。 本文采用虚位移法计算电磁力,此方法基于虚位移原理和能量守恒原理。结合MFS中有限元计算方法,对力的求解公式进一步离散化处理,转化到对每一个三角形单元或四面体单元的处理上。在MFS软件中实现了二维和三维电磁力的仿真计算功能。 考虑到在实际生活应用中,一些软磁材料受到力的作用易发生形变,本文进一步研究了物体表面力密度的计算方法。在MFS软件中实现了对物体表面力密度的仿真求解。 本文在MFS软件和Ansys-Maxwell仿真软件中分别建立实体模型对磁力仿真计算的结果进行对比。在保证两者磁场云图分布基本一致的前提下,分别对比了模型中不同体受到的磁力,其相对误差均在3%以内。验证了本文所研究方法在MFS中应用的准确性。

关键词： 梯度涂层   电磁场   激光熔覆   高熵合金   原位合成  

摘要： 激光熔覆技术是一门综合了激光、计算机辅助、机器人、传感器以及粉末冶金等跨学科技术的复合技术。激光熔覆制备AlCoCrFeNi/Ti(C,N)高熵合金基陶瓷复合涂层,可以显著提升基体耐磨和耐腐蚀性能。然而,由于不同性能的需求之间存在相互制约,过量的陶瓷相可能导致基体与复合涂层之间热膨胀系数差异显著,进而造成制备过程中残余应力的积累,增加了裂纹的敏感性,从而限制了涂层的使用寿命。过量生成陶瓷相在结合区域也可能降低涂层与基体的结合强度,限制了其性能。 本文通过引入电磁场干预涂层制备过程,调控涂层中原位合成的陶瓷相的移动,进而影响陶瓷相在涂层中的含量分布,形成梯度。这种单次单层工艺的原位陶瓷梯度涂层,有望显著改善涂层及相关材料应用中的核心问题。结合理论分析和实验研究,探讨了电磁场对微观结构和原位Ti(C,N)陶瓷相分布,以及熔池对流传热的影响,并进一步研究了电磁场对AlCoCrFeNi/Ti(C,N)高熵合金复合涂层的摩擦磨损机理和耐腐蚀性能影响。主要结果如下: (1)自主设计搭建了电磁场设备辅助激光熔覆,优化了电磁场辅助激光熔覆的工艺参数。通过考虑元素成分比例、电流大小、磁场强度、电流和磁场方向等因素,设计了多种实验方案,以涂层稀释率、显微硬度分布和表面摩擦系数变化为评价指标,得到了优化的工艺参数组合。研究结果表明,所制备的涂层结构完整,表面光滑,无裂纹缺陷,并与基体冶金结合牢固。通过引入复合电磁场成功诱导了电磁力的变化,出现了陶瓷相和Ti元素的梯度分布,从而实现了涂层显微硬度的梯度变化。 (2)研究了电磁场辅助激光熔覆复合涂层的组织结构和物相构成,揭示了电磁场对原位Ti(C,N)陶瓷颗粒在熔池中的分布影响机理。通过显微硬度测试、摩擦磨损测试,研究了不同电磁场对复合涂层显微硬度的影响,并分析了其摩擦磨损性能和摩擦磨损机理。结果表明,引入电磁场显著提高了涂层耐磨性,特别是当电磁力向下方向时,涂层表现出最佳的耐磨性,磨损率最低。 (3)研究了电磁场辅助激光熔覆复合涂层在模拟海水中的电化学腐蚀性能,揭示了涂层在模拟海水中的腐蚀机理。通过自腐蚀电位、线性极化、交流阻抗等方法,研究了不同电磁场对涂层电化学性能的影响,分析了电磁场对电化学腐蚀中电荷转移、交流阻抗的影响。研究结果表明:电磁场辅助激光熔覆复合梯度涂层在模拟海水溶液中表现出优越的耐腐蚀性性能。

摘要： “电磁场与电磁波”是通信和电子专业的核心课程，本文首先分析了该课程内容的特点，其次结合电磁仿真软件探索了基于仿真实验开展“电磁场与电磁波”课程教学的可行途径，最后提出结合课程内容特点、实验课时安排来确定仿真实验内容，把握教学重点并明确实验目标、重点以及使用要点等建议，旨在确保学生掌握专业基础知识，培养其创新实践能力。