钒的高压声速测量

采用反向碰撞方法进行了钒冲击实验,利用激光干涉测速技术对V/LiF窗口界面粒子速度剖面进行测量.通过对粒子速度剖面的分析获得了32—88 GPa压力范围内钒的高压声速.实验获得的声速-冲击压力关系在约60 GPa存在间断,表明钒发生了冲击相变.相变压力与静高压实验结果及第一性原理计算结果基本一致.     

冲击压缩下单晶LiF高压声速及卸载路径研究

 采用二级轻气炮加载手段，在5~79.1 GPa冲击压力范围内，利用加窗VISAR技术对氟化锂（LiF）单晶样品进行了研究，得到了不同冲击压力下的纵波声速、体积声速以及卸载路径。实验结果显示：单晶LiF沿冲击绝热线的Lagrange纵波声速随粒子速度呈线性变化；在5~79.1 GPa冲击压力下，单晶LiF并未发生熔化及其它相变；卸载路径及速度剖面弹塑性明显。     

无氧铜的准等熵压缩性

 利用递变冲击阻抗材料叠合而成的组合飞片，在二级轻气炮上对无氧铜进行了准等熵压缩性测量，加载时间约达1 μs。用激光速度干涉仪连续记录了不同厚度处无氧铜样品自由面速度随时间的变化过程，并通过拉格朗日波分析技术计算得到40 GPa下的准等熵的应力-应变曲线。结果表明：在低应力区，无氧铜的准等熵压缩线位于冲击绝热线之上；到32 GPa以上，准等熵压缩线才回落到冲击绝热线之下。这个现象与Barker、Chhabildas等对铝与钨的实测现象是一致的，它表明：在低应力区，材料的冲击强化效应与加载速率密切相关。     

200 GPa压力范围内铝和铜的等熵压缩线计算

 将冲击Hugoniot线作为Grüneisen物态方程的参考线，以冲击的初始状态为参考状态，推导得到线性和二次曲线表示的冲击绝热线所对应的等熵压缩线方程，计算了200 GPa压力范围内铝和铜两种材料的等熵压缩线，并且计算了以Hugoniot关系为基础的Appy经验物态方程导出的等熵压缩线。计算结果表明，以Appy经验物态方程导出的等熵压缩线与以线性冲击绝热线导出的等熵压缩线接近，在200 GPa压力范围内两者相差不到1.5%。将计算得到的铝的等熵压缩线与美国Sandia实验室ICE实验Z864数据进行了比较，由线性Hugoniot得到的等熵压缩线与实验数据相差不到1%，由Appy经验物态方程得到的等熵线与实验数据几乎重合，说明在200 GPa压力范围内，以Appy物态方程和以线性Hugoniot为参考来计算的等熵压缩线有较高的精度。     

金属Bi的卸载熔化实验研究

在火炮上利用金属铋(Bi)直接撞击单晶LiF窗口, 开展了金属Bi反向碰撞的冲击加载-卸载实验研究, 实验采用激光位移干涉测试系统, 获得了金属Bi在11—16 GPa压力范围内完整的卸载粒子速度剖面. 实验结果结合特征线方法计算表明, 金属Bi经冲击加载进入体心立方相, 并在11—16 GPa冲击压力作用下发生了卸载熔化, 界面粒子速度剖面的卸载拐点, 对应着金属Bi经冲击加载后发生的卸载熔化, 而这一结论同Cox的理论计算及一维流体力学程序计算结果基本一致. 本文报道的金属Bi卸载波剖面解读技术, 对于认识冲击加载下其他相似材料相变具有实用价值.     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.     

非对称冲击-卸载实验中纵波声速的特征线分析方法

材料高压声速是获取材料在冲击下的剪切模量、强度和相变信息的重要物理量, 对于研究材料在高速冲击下的行为非常重要. 由于飞片、样品和窗口材料阻抗失配等因素, 传统的声速分析方法无法对非对称冲击-卸载实验中单样品的窗口界面速度进行准确的分析. 本文在反向特征线方法的基础上, 考虑了飞片与样品、样品和窗口界面的相互作用, 建立了适合于仅含单一厚度样品的非对称冲击-卸载实验的特征线声速分析方法, 通过对数值实验给出的速度剖面的分析表明, 该方法能够较为准确地获得待测材料高压下的声速及卸载路径.     

吉林球粒陨石（H5）的高压声速实验研究

 叙述了以透明材料作窗口，用辐射法测量吉林陨石的高压声速的原理、实验技术和实验结果，实验压力范围为42.2~113.2 GPa，得到了吉林陨石的高压声速随冲击压力的变化关系，并由此判断出吉林陨石在约65 GPa时发生相变。     

20 GPa斜波压缩下PBX-14炸药的动力学响应

利用磁驱动加载实验技术和激光干涉测速技术,开展了未反应固体TATB基PBX-14炸药的斜波压缩实验,获得了20 GPa峰值压力下PBX-14炸药的后表面速度波剖面实验数据。基于阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法处理实验数据,获得了0~20 GPa压力范围内PBX-14炸药的压力-相对比容关系、高压声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合等熵状态方程和由实验获得的动力学参数,对PBX-14炸药的斜波压缩实验过程开展了一维流体动力学数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,验证了本实验方法、数据处理方法及选取的物理模型的正确性。     

斜波压缩下锡的相变动力学特性

利用磁驱动加载装置(CQ-4)和高精度速度测试装置(DPV),开展了斜波加载下锡的动态压缩实验。实验结果表明:锡在加载阶段经历了弹塑性转变和相变等物理过程,相变压力约为7.5 GPa。β–γ相变对应的特征速度随着锡厚度的增加,从676.3 m/s减小到636.8 m/s,对应的压力从7.62 GPa降低到7.11 GPa。结合Hayes多相状态方程和非平衡相变动力学模型,对锡的斜波压缩实验过程进行了模拟,数值计算结果可以较好地描述锡在加载阶段的弹塑性转变和相变等物理过程。讨论了体模量在不同热力学过程中的物理形式,计算结果显示,斜波压缩过程需考虑压力对体模量的修正。分析了相变弛豫时间、体模量等典型物理参数对速度波形的影响,结果表明,相变弛豫时间和各相初始自由能主要影响混合区部分速度波形,γ相的体模量参数只影响相变后的速度波形,β相的体模量参数会影响整体速度波形。     

强冲击压缩下LiF,Al2O3和LiTaO3 单晶的透光性

在二级轻气炮上,用高速电子相机扫描照相技术和改进的Mallory实验装置,对z切LiF,Al2O3(蓝宝石)和LiTaO3单晶材料的冲击透光性进行了对比测量,并用黑密度计提取出动态图像定量化的光强对比度变化曲线.结果表明,LiF单晶在102GPa压强下能够保持长时间的初始透光性不变,与公认的LiF具有优良的高压下透明性的认识一致.LiTaO3单晶在实验压力(139GPa)下变成基本不透明.而Al2O3单晶在131GPa冲击压力下则表现为透明性逐渐下降直至完全不透明.     

强冲击压缩下LiF，Al2O3和LiTaO3单晶的透光性

在二级轻气炮上，用高速电子相机扫描照相技术和改进的Mallory实验装置，对z切LiF，Al₂O₃(蓝宝石)和LiTaO₃单晶材料的冲击透光性进行了对比测量，并用黑密度计提取出动态图像定量化的光强对比度变化曲线.结果表明，LiF单晶在102 GPa压强下能够保持长时间的初始透光性不变，与公认的LiF具有优良的高压下透明性的认识一致.LiTaO₃单晶在实验压力(139GPa)下变成基本不透明.而Al_{关键词： 2}O₃')" href="#">Al₂O₃ LiF 3')" href="#">LiTaO₃ 光学透明性     

<100> LiF的低压冲击响应和1550 nm波长下的窗口速度修正

利用平板撞击和激光干涉测试技术对<100> LiF在40 GPa内的冲击力学和光学特性进行了精密实验测量和理论分析. 获得了该压力范围内LiF的冲击雨贡纽关系和1550 nm波长下的窗口速度修正, 为相关加窗激光干涉测速实验的数据分析提供了直接依据. LiF在20.3 GPa内均表现出弹性-塑性双波特性, 预计其单波响应冲击压力下限约为22—23 GPa; 低于此压力时, 以LiF为窗口的精密剖面测量实验需考虑其强度影响.     

高压下LiF和NaF的结构稳定性及其电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法，计算模拟了LiF高压下的相变行为，预测其在450GPa附近发生由NaCl结构(B1)到CsCl结构(B2)的结构相变.同时还计算了高压下LiF不同相的电学特性，LiF的复介电函数以及介电常数随压强变化关系.通过比较能带结构的变化行为，得出LiF在53GPa附近还存在等结构相变，即由直接带隙结构变为间接带隙结构.将LiF的计算结果与另外一个同构化合物NaF进行了比较讨论. 关键词： LiF 压致相变 从头计算     

铁冲击相变的晶向效应

采用基于火炮加载的三样品精细波剖面对比测量,研究了晶向效应对铁弹-塑性转变及体心立方结构(bcc,α相)至六角密排结构(hcp,ε相)相变特性的影响.观测到单晶铁异常的弹-塑性转变行为,这与基于位错密度描述的黏塑性本构模型计算结果相符,对应的Hugoniot弹性极限δ_(HEL)均大于6 GPa,且具有晶向相关性,即δ(111)/(HEL)δ(110)/(HEL)δ(100)/(HEL);系统获取了相变起始压力P_(PT)晶向相关性的实验数据,[100],[110]和[111]晶向的PPT实测值分别为13.89±0.57 GPa,14.53±0.53 GPa,16.05±0.67 GPa,其变化规律与非平衡分子动力学计算结果相符.上述结果揭示出冲击压缩下单晶铁存在塑性与相变微观机理的强耦合,为完善用于冲击实验描述的相场动力学模型提供了重要的实验支撑.     

Measurement of density, temperature, and electrical conductivity of a shock-compressed nonideal nitrogen plasma in the megabar pressure range

Kinematic and thermodynamic parameters of shock-compressed liquid nitrogen are measured behind the front of a plane shock wave using plane wave and hemispherical shock wave generators. In these experiments, high values of compression parameters (shock-compressed hydrogen density? ≈ 3.25 g/cm³ and temperature T≈ 56000 K at a pressure of P ≈ 265 GPa) are attained. The density, pressure, temperature, and electrical conductivity of the nonideal plasma of shock-compressed liquid nitrogen are measured. A nearly isochoric behavior of the nitrogen shock adiabat is observed in the pressure range P = 100–300 GPa. The thermodynamics of shock-compressed nitrogen is an alyzed using the model of the equation of state in the quasi-chemical representation (SAHA code) as well as the semiempirical wide-range equation of state developed at the Institute of Experimental Physics. Experimental results are interpreted on the basis of calculations as the fixation of the boundary of transition of shock-compressed nitrogen from the polymer phase to the state of a strongly nonideal plasma at P ≈ 100 GPa, ? ≈ 3.4 g/cm³.     

铅的高压状态方程与熔化曲线

基于Gray三相状态方程模型,采用GRIZZLY的Grüneisen系数模型,对铅的冲击雨贡纽线、等温压缩线、等熵压缩线和熔化曲线进行了系统计算,优化参数,获得与实验数据一致的冲击雨贡纽线、等温压缩线与等熵压缩线,计算所得熔化温度线与X射线衍射实验结果吻合得很好。     

基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法研究

获取动态压缩条件下结构演化过程是冲击相变及其动力学机理研究最为关注的基础问题之一.对此,基于激光驱动瞬态X射线衍射技术,通过系列实验的物理状态关联和抽运-探测时序控制,实现了静态与动态晶格衍射信号的同时获取,消除了不同实验的装置结构和样品差异带来的测量误差,建立了一种基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法.利用上述实验方法,成功实现了激光冲击加载下[111]单晶铁晶格压缩过程的原位测量,获取弹性及塑性响应的晶格压缩度与宏观雨贡纽测量结果完全符合,从晶格层面证实了超快激光加载下的高屈服强度(雨贡纽弹性极限值大于6 GPa),以及可能与晶向效应或加载率效应相关的相变迟滞现象(至终态压力23.9 GPa仍为体心立方结构),相关物理机制仍有待进一步研究.上述测量方法的建立为后续开展相变动力学机理研究提供了可行的技术途径和重要的参考价值.