真空及空气中金属丝电爆炸特性研究

开展了铝丝在真空和空气环境中的电爆炸特性研究.从金属丝电爆炸的电压、电流波形得到了金属丝内的沉积能量,并基于以上电参数特征分析了电爆炸产物的状态,获得了空气中铝丝电爆炸电流暂停时间随初级储能电容充电电压的变化规律.真空和空气中铝丝电爆炸在电压击穿时刻的沉积能量分别为2.8和6 eV/atom.采用波长为532 nm、亚纳秒激光探针对金属丝电爆炸物理过程开展了高时空分辨率的阴影和纹影诊断.阴影图像清晰地展示了不同气氛环境中高密度电爆炸产物的膨胀过程,根据光学诊断图像分析了高密度丝核沉积能量的结构和空气中铝丝电爆炸产生的激波的膨胀轨迹.真空和空气环境中高密度电爆炸产物的平均膨胀速度分别为1.9和3 km/s.基于实验数据和输运参数模型,估算了金属丝在电压击穿时刻的温度.     

电爆炸法制备纳米颗粒收集方法

金属丝电爆炸法制备纳米材料因其负载可大程度的过热和爆炸产物非平衡扩散过程得到了研究人员的广泛关注,认为是制备新型功能材料的有效方法。研究了不同收集方法对电爆炸法制备钛纳米颗粒的影响,并结合电学、光学、自辐射图像和形貌分析等诊断手段分析了不同方法下产物特性的成因。结果表明,钛丝电爆炸呈现周期型放电模式,产物通道在放电结束前（约40 μs）可膨胀至约1.7 cm处,此后有尖状突刺发展（波阵面后湍流区）,其速度约为55 m/s。为研究爆炸产物不同状态下纳米颗粒形成特性,使用了3种不同的产物收集方法,分别为:①在金属丝径向1.5 cm处放置硅片收集;②在腔体出口处预置滤网收集;③在金属丝一侧电极上通过定向喷涂收集。产物形貌表征结果表明,使用不同收集方法时产物特征存在明显差别,前2种方法爆炸产物先与介质混合再沉积于硅片,得到的产物分别为分散、链状的球状纳米颗粒和密集、堆叠的纳米颗粒团簇;后一种方法电爆炸产物具有较高的密度和定向速度（对硅片）,硅片以金属丝为轴心远近呈现出粉末状和烧结块状两种不同形式。     

真空中铝单丝电爆炸的实验研究

开展了铝单丝在负极性电流脉冲作用下电爆炸特性的研究.利用皮秒激光探针,搭建了阴影、纹影和干涉的光学诊断平台,得到了不镀膜铝丝典型的能量沉积过程,在电压崩溃时刻其沉积能量为2.4 eV/atom.为了增加金属丝内的沉积能量,开展了相同电参数及金属丝尺寸下的镀膜铝丝电爆炸实验,其沉积能量可达到5 eV/atom,实现了在电压崩溃之前铝丝完全气化(完全气化所需能量为4 eV/atom).阴影图像展示了高密度丝核区域的膨胀过程,不镀膜铝丝平均膨胀速度为2.2 km/s,而镀膜铝丝因为沉积能量大,其膨胀速度约为不镀膜铝丝的2.3倍,高密度区域膨胀速度为5 km/s.由于阴影不能反映低密度等离子体的膨胀,开展了平行双丝实验,通过测量自发光辐射,估算了低密度等离子体的膨胀速度.利用条纹相机拍摄了不镀膜铝丝电爆炸过程中自发光区域的图像.纹影图像清晰地展示了不镀膜铝丝在电爆炸过程中形成的核冕结构,而镀膜铝丝电爆炸过程中核冕结构得到了一定程度的抑制.从干涉图像计算了相移,在轴对称假设下对相移进行阿贝尔逆变换,重构了三维的铝原子数密度分布.     

并联金属丝提高电爆炸丝沉积能量的数值模拟

对于低气压或真空环境中的电爆炸丝,因丝沿面击穿会过早终止能量沉积过程,使丝中沉积能量(Ed)大大低于金属丝完全汽化时所需能量(Es).本文提出并联金属丝法延缓沿面击穿时刻以提高电爆炸丝沉积能量.对电流上升时间为几十纳秒、幅值约为1 kA级作用下的金属丝电爆炸过程进行了数值模拟.结果表明,在电爆炸丝两端并联一定尺寸的金属丝可降低爆炸丝端电压上升率,从而推迟电压上升过程中沿面击穿时刻,显著提高丝中沉积能量和过热系数.     

Mg微管靶喷口电子密度及X射线谱的时间分辨特性

1.06μm激光以3.5×10¹³W/cm²管壁辐照强度注入带侧向喷口Mg微管靶管内。利用X射线条纹相机测量Mg¹⁰⁺和Mg¹¹⁺离子沿侧喷方向发射X射线谱随时间变化过程,X射线时间分辨谱结果表明,三体再复合过程是实现Mg¹⁰⁺离子激发态1s4p和1s3p能级间粒子数反转的主要机制。用2660?紫外激光探针探测侧向喷口处等离子体电子密度,其密度值与用光谱分析获取的一致。 关键词：     

铅壳柔爆索爆炸特性实验研究

 对直径为2.0 mm的铅壳柔爆索的爆炸特性进行了系统的实验研究。测得这种柔爆索爆速为D_J=(6.95±0.06) km/s。其爆炸产生的铅粒子非常小,粒度小于5 μm的铅粒子的总质量约占铅壳质量的40%。对柔爆索爆炸产生的铅粒子的飞散速度及冲量大小也进行了研究。     

带载丝电爆炸提高沉积能量的研究

在丝电爆过程中,金属丝的沉积能量是决定爆炸效果的关键参数。在研发连续送丝电爆装置的基础上,提出带载丝电爆炸提高金属丝沉积能量的方法。根据金属丝在电爆过程中的相变理论及旁路并联电阻的非线性时变性,建立了金属丝负载的电阻-能量分段模型。使用带载丝和裸丝分别开展电爆炸实验,同步采集丝电爆过程中的放电波形并分析计算,探究带载丝电爆炸相关机理以及沉积能量的变化规律。结果表明,电爆炸前期,由于载丝带具有绝缘性,其旁路并联电阻大于裸丝,从而使得带载丝电阻大于裸丝;随着欧姆加热的进行,带载丝中液态金属沿轴向由两端向中间聚集,加快了电爆炸相变过程,等效电阻减小,延缓了沿面击穿过程,从而获得更多的能量。     

真空中金属丝电爆炸数值模拟研究

利用金属丝电爆炸物理数学模型对电爆炸物理过程开展了数值模拟，研究了不同直径铝丝电爆炸特性，进一步分析了金属丝内沉积能量、电压击穿时刻、电压峰值随金属丝直径的变化规律，并与相关实验数据作了对比。     

基于径向剪切干涉仪的三维位移测量技术

本文提出一种基于双圆光栅径向剪切干涉仪的三维位移测量方法,其测量原理是径向剪切干涉仪所形成的莫尔条纹不仅由二维平面内位移决定,轴向位移会在+1和–1级莫尔条纹之间产生一个特定的相移.首先,基于标量衍射理论对双圆光栅径向剪切干涉仪的+1和–1级莫尔条纹强度分布进行推导,建立了三维位移量与莫尔条纹强度分布的精确解析关系;其次,在频谱分析的基础上,利用半圆环滤波器进行空间滤波,实现+1和–1级莫尔条纹的同时成像;然后,提出了从莫尔条纹图中定量提取三维位移的算法,并通过数值模拟进行验证;最后,实验结果验证了该方法测量平面内位移的最大绝对误差为4.8×10^–3 mm,平均误差为2.0×10^–4 mm,轴向位移的最大绝对误差为0.25 mm,平均误差为8.6×10^–3 mm.该方法具有装置简单、测量精度高、非接触、瞬时测量等特点,可实现三维位移的同时测量.     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

基于多级组合棱镜提高激光中心波长检测精度的研究

为了在保证抗干扰能力不下降的条件下提高对激光中心波长的检测精度,设计了多级组合棱镜系统,并提出了多级组合棱镜的干涉条纹拼接处理方法及相位耦合的计算公式.通过计算多级组合棱镜的干涉图强度、光程差函数及光谱分辨率,分析了采用三块子棱镜的组合结构的光谱获取,给出了用于分段干涉条纹拼接的处理方法及步骤,最终光谱分辨率可达2.8...     

激光熔覆中金属粉末粒子与激光相互作用模型

为了对同轴激光熔覆过程中运动的金属粉末粒子的速度和温度进行理论分析,并研究各工艺参量的影响,建立了运动中金属粉末粒子的运动模型和热模型.模拟结果表明,粉嘴几何尺寸、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子运动行为的重要因素;粉嘴几何尺寸、激光焦点位置、激光发散角、激光功率、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子热行为的重要因素.在相同的工艺参量下(粉嘴出口内径r=2 mm,粉嘴倾角α=60°,初始气流速度v0=0.8 m/s),基于数字粒子图像测速(DPIV)技术,对316L不锈钢粉末粒子运动模型进行了实验验证.结果表明,运动理论模型是可靠的.该模型是掌握同轴激光熔覆过程中金属粉末粒子运动行为的有效工具;同时,热模型也是分析粉末粒子温度随不同参量变化的重要工具.     

气压对激光烧蚀Al等离子体中粒子速度的影响

在背景气压为8× 10-3— 100Pa范围内 ,通过测量脉冲激光烧蚀平面Al靶产生的等离子体辐射谱的时间分辨特征 ,比较空间不同点辐射的飞行时间轮廓的相对延迟 ,从而得到辐射粒子速度及其空间分布 .利用绝热膨胀的理论和激波模型分别对背景气压小于 0 .6Pa的结果和 5Pa时的结果作了分析 ,并得出激波的波面基本上为柱对称. With the ambient gas pressure in the range from 8×10 -3 to 10 2 Pa, Q-switched YAG laser ablates plane aluminum target and plasma are produced. Optical emission spectroscopy is used to carry out time-resolved analysis of atomic particles. Using the resonance transition of Al I 396.1 nm (3p 2P-4s 2S), the spatiol velocity distribution of Al I has been obtained under the laser energies of 160 mJ/pulse when the ablating size is about 200 μm. The velocity is at the order of 10 6 cm/s...     

电爆炸制备纳米铜粉及物相研究

采用电爆炸法制造纳米金属颗粒。分析了铜丝在电爆炸过程中的物态变化,即从固态、液态、气态到离子态;同时理论研究了纳米铜粉粒径大小及分布、成分组成与爆炸时的能量、铜丝的直径和铜丝长度的关系;定义了粒径均匀度,通过粒径平均大小和粒径均匀度比较,分析了纳米粒径的大小分布情况;通过X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM)对电爆炸制造出的纳米铜颗粒做了测定与定量分析。结果表明:铜粉的主要成分由氧化铜、氧化亚铜及单晶铜组成,各成分所占比例与爆炸缸内的真空度相关。纳米金属微粒的粒径平均值、粒径均匀度与铜丝长度、直径、充电电压、放电时间等因素相关。     

铝靶三倍频激光烧蚀参数实验研究

叙述了采用时间空间积分晶体谱仪和时间分辨晶体谱仪等探测器测量铝平面靶强激光烧蚀参数的方法，给出了三倍频强激光烧蚀铝平面靶的质量烧蚀速率和烧蚀压。实验结果与收集到的国外数据进行了比较，它们在误差范围内一致。     

高脉冲重复频率调Q Tm,Ho:GdVO4激光器

报道了一个高效率连续波和调Q高重频两种运行方式的Tm,Ho:GdVO4激光器.Tm,Ho:GdVO4晶体尺寸4 mm×4 mm×7 mm,a轴通光,液氮制冷到100 K,由发射中心波长为793 nm的光纤耦合激光二极管端面泵浦.Tm,Ho:GdVO4激光连续波输出功率4.0 W,光光转换效率26%.声光调Q条件下输出平均高功率3.9 W,脉冲重复频率10 kHz,脉冲宽度50 ns. 通过减小声光Q开关的开启时间,激光脉冲宽度由50 ns减小至23 ns.在10 kHz重频下,测量最大脉冲能量0.39 mJ , 峰值功率7.8 kW.     

Simultaneous measurement of surface shape and absolute optical thickness of a glass plate by wavelength tuning phase-shifting interferometry

The absolute optical thickness and the surface shape of a glass plate of 7-in. square and 3.1mm thick was simultaneously measured by three-surface interferometry using a wavelength tuning Fizeau interferometer. The wavelength of a tunable diode laser is scanned linearly from 632 to 642 nm, at which the initial and the final phases of the interference fringes for the surface shape and for the optical thickness were separated and measured by a tunable phase-shifting technique. The number of phase variations in the interference fringes during the scanning is counted by discrete Fourier analysis, in which systematic errors caused by a nonlinearity in the wavelength scanning is corrected by a correlation analysis between the observed and theoretical interference fringes. Experimental results demonstrate that the systematic errors in the measured value were 15 nm for the surface shape and 0.6 μm for the absolute optical thickness.     

Concentration model based on movement model of powder flow in coaxial laser cladding

The structure below the coaxial nozzle is critical since the spatial distribution of metal powder particles determines the laser attenuation as well as catchment efficiency. It is difficult to simulate the powder concentration distribution, because the complex phenomena involved in the two-phase turbulence flow. In this paper, the air-powder flow is studied along with powder properties, nozzle geometries and shielding gas setting. A Gaussian model is established to quantitatively predict the powder stream concentration in order to facilitate coaxial nozzle design optimizations. An experimental setup is design to measure the powder concentration for this process. The simulated results are compared with the experimental results. This study shows that the powder concentration mode is influenced significantly by powder properties, nozzle geometries and shielding gas setting.     

掺杂金属颗粒的高分子工质激光推进实验研究

 利用大功率脉冲TEA-CO₂激光器作为光源,对不同元素、浓度以及颗粒直径金属掺入PVC的靶材进行了测试。结果发现,不同元素种类以及不同颗粒直径的金属掺杂后的PVC靶材的冲量耦合系数变化不大,但在不同功率密度处,比冲均有显著提高,其中纳米Fe粉性能最为优异。在功率密度为5×10⁶ W/cm²处,50%纳米Fe粉质量分数的靶材的比冲出现最大值。在大气环境下,对于掺有20%纳米Zn粉质量分数的PVC靶材,其冲量耦合系数随激光功率密度的提高而先升后降,比冲并不优异于比其熔点更高的Fe粉和Ni粉掺杂。     

基于量子级联激光器照明的高对比度红外内窥成像

对单丝直径为20μm,12×9阵列方形面阵的Ge-As-Te-Se组分光纤束进行了测试,并开展红外成像研究。利用5~11μm连续可调谐红外量子级联激光器作为光源,对光纤束损耗进行检测,传输损耗平均为1 dB/cm。设计并加工了基于像方远心成像的紧凑型物镜,总长13.6 mm,直径6 mm,最终实现了2 mm×2 mm视场内100μm分辨率传像。分别在量子级联激光器和非相干黑体光源的照明下,进行了环境温度对成像对比度影响的研究,结果表明,在环境温度较高(>40℃)的条件下,基于量子级联激光器照明可实现高对比度内窥成像。本文对于深入开展红外生物效应研究具有指导意义和实用价值。