直线加速器高功率同轴负载吸波材料FeSiAl的研究

作     者：王秀翠 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈连婠

授予年度：2010年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：同轴负载 FeSiAl 物性测试 热学参数 电磁参数 传输反射法 空气隙 混合媒质等效公式 

摘      要：同轴负载是一种新型的直线加速器吸收负载,微波吸收材料是S波段高功率同轴负载(10kW)研发中至关重要的一部分。同轴负载的工作环境及功率需求要求吸波材料具有高吸波能力、低真空放气率、良好的导热性及可加工性,并与基底有较强结合力。经过调研,本课题选取了一种FeSiAl合金,并开展了对其涂层结构、真空性质、热学性质及电磁学特性的研究,为后续的高功率同轴负载的研制奠定基础。 本课题利用SEM观察FeSiAl涂层的微观形貌,利用XRD分析了其相组成,并进行了孔隙率和密度研究以及真空放气率的测量。考虑腔体冷却系统设计及涂层的温度热应力分析,实验测量了FeSiAl材料的热学参数如热膨胀系数、比热容和导热系数等。FeSiAl涂层热膨胀系数测量结果表明,其与铜基体具有可比性,可认为涂层不会因过大热应力而剥落。两组导热系数结果的对比不仅证明了导热系数测量的准确性,同时验证了其计算中间量比热容及密度测试的可靠性。 为获得2856 MHz时FeSiAl的介电常数和磁导率,本文基于同轴传输反射法,利用矢量网络分析仪,开展了材料电磁参数的测试研究,同时利用电磁场分析软件CST Microwave Studio进行了测试仿真。理论分析及CST仿真结果表明,试验中加工样品与测试夹具之间的间隙对电磁参数的测量值有较大影响。为消除空气隙的影响,制作了不同配比的FeSiAl微粉和固体石蜡的混合样品,并获得了混合样品的稳定测试值,进而运用混合媒质等效公式求解出了FeSiAl微粉本体的电磁参数。同时,混合媒质等效公式的适用性研究表明,Bruggeman、Looyenga、QCACP公式适用于描述该FeSiAl微粉的电磁特性。