DAC加载下材料高压声速的激光超声测量技术

 设计并建立了可测量金刚石压砧（DAC）加载下材料高压声速的激光超声系统。该系统采用脉宽为6.3 ns的调Q激光器作为超声波激发光源,使用光纤位移干涉仪和速度干涉仪混合系统进行超声位移探测,不需要借助其它任何参数即可直接测量样品的高压声速和原位厚度。利用该系统,测量了2.6 GPa压力下铜样品的高压纵波声速和原位厚度,并给出了测量结果。     

动态发射率与辐射亮度同时测量实验中的时间精确同步技术

分析了轻气炮实验中飞片速度漂移带来的冲击波到达样品/窗口界面时刻漂移问题、主要影响因素以及动态发射率与辐射亮度同时测量实验中的时序要求,采用镀膜光纤探针作为同时测量实验中动态发射率测量照明光源的触发装置,设计了光纤探针-样品之间的距离,并对设计余量进行了简单分析,解决了同时测量实验中的时间精确同步问题。在2发动态考核实验中,设计的飞片速度为4.1km/s,实测飞片速度漂移量分别为70和210m/s,动态发射率测量信号按照实验预期叠加在了样品/窗口界面热辐射信号平台之上,时序控制能够满足动态发射率与辐射亮度同时测量实验中的时间精确同步要求。     

蓝宝石动态损伤的时间演化特性

采用时间分辨的高温计技术和Doppler Probe System (DPS)系统,本文测量了冲击压缩下蓝宝石的光谱辐亮度历史和粒子速度波剖面,并对其隐含的动态损伤的时间演化特征进行了研究。当冲击压力为~52GPa时,r切蓝宝石的光辐亮度值随时间呈线性增长,而高达58GPa时,则呈现出两段不同的线性增长特征,并且后者增长速率明显高于前者,表现出急剧增长行为。结合蓝宝石的粒子速度历史剖面结果可得,在整个观测时间内,光辐射观察区域并未受到来自飞片自由面或样品边侧的稀疏波干扰,仅受到冲击压缩波作用。这表明实测光辐射信号仅与蓝宝石在冲击压缩下的动态变形有关。将光辐亮度历史变化特征与固体材料的失效破坏理论结合分析,蓝宝石中可能发生了剪切带的贯穿失效现象。进一步的压力和晶向相关性研究结果显示,此失效破坏现象出现的弛豫时间随压力的升高而变短,并且r切蓝宝石比m切样品更长。本文对理解蓝宝石动态损伤机理具有指导意义。     

样品-窗口界面运动速度的VISAR测试技术

 介绍了与VISAR配合的加窗干涉仪测试技术。实验中分别采用样品表面和窗体表面作为信号光反射面，并用透明粘接剂粘接窗口和样品，得到厚度约为6 μm、对532 nm激光透过率不小于85%的粘接层。对窗体本身提出采用楔形的技术，有助于消除表面反射光和窗体寄生干涉对VISAR信号的干扰，从而提高信号的信噪比和测试可靠度。利用这一技术分别得到了6.5 GPa和3.61 GPa冲击压力下铜-LiF晶体窗口、LiF-LiF晶体窗口之间的界面速度变化过程。     

多通道辐射高温计与VISAR的联合诊断技术

 利用二级轻气炮加载手段,开展了多通道辐射高温计结合可测量任意反射表面速度干涉仪（VISAR）的联合诊断技术研究。通过测量钽酸锂单晶的冲击相变,以确定联合诊断技术的可行性。结果显示,在同一发实验中,成功地获得了样品的界面速度剖面和光谱辐亮度历史,由此得到了钽酸锂单晶冲击相变的实验证据,表明该联合诊断技术是可行有效的。该技术对今后开展其它材料的高压物性研究具有一定的参考价值。     

用作VISAR窗口的LiF晶体折射率变化修正因子

近几年，因为样品／窗口界面处理工艺的完善和窗体寄生干涉问题的解决，加窗VISAR测试技术在冲击波物理研究中得到了愈来愈广泛的应用。但窗口材料在冲击作用（如压缩、拉伸、加热等）下，由于折射率变化将引入附加多普勒频移，从而对最终的测速结果引入修正项。此修正项与窗口材料的折射率变化特性直接相关，而且对某些窗口材料，此修正项值还比较大。因此，为获取加窗测试中正确的速度剖面测量数据，必须确定窗口材料在冲击作用下的折射率变化修正因子。在目前所用VISAR窗口中，LiF晶体因为具有中等阻抗，     

金属材料再加载“准弹性”响应的实验验证

从连续介质力学理论看，当材料发生屈服后处于上屈服面，对处于上屈服面的材料进行再加载，将沿着上屈服面，依然发生塑性流动，不可能存在弹性响应。Asay则认为冲击压缩后的材料并非处于上屈服面，由此对处于冲击压缩态的材料进行卸载或再加载，可以观测到弹-塑性转变。国内部分人认为，实验观测到的弹性响应可能是LiF窗口（其冲击阻抗低于Al或其他高阻抗样品的冲击阻抗）反射的稀疏波所致。为了澄清对上述问题的观点，通过低阻抗样品的冲击实验，在消除冲击波在样品／窗口界面反射的稀疏波干扰的情况下，     

氟化锂和蓝宝石单晶冲击消光及其对辐射测温的影响

采用冲击波压缩原位光源技术结合时间分辨多波长高温计测量,研究了氟化锂和蓝宝石单晶样品的冲击消光现象,实验压力范围50～183了GPa,中心波长覆盖254～800 nm.结果表明,氟化锂单晶样品在实验压力下透过率变化不大,对界面温度的拟合值影响不明显,只是使表观发射率略有下降;当压力低于90GPa时,蓝宝石的消光情况同氟化锂接近,对界面温度的拟合影响也不明显;而当压力高于99 GPa时,蓝宝石呈现明显的消光衰减现象,实验测定的消光系数随压力增加而增加,与波长间呈反比关系,与文献报道250 0Pa高压消光特性一致.研究还发现,蓝宝石窗高压消光行为对界面温度的测量存在较大的影响,使得拟合温度明显偏低.本文研究对发展非透明材料冲击测温技术具有一定的参考价值.     

LiF单晶的高压折射率及窗口速度的修正

通过平板撞击实验,采用激光干涉测试技术,研究了1 550nm波长下LiF单晶的高压折射率与窗口速度的修正关系,实验压力范围为38~124GPa,拓展了现有1 550nm波长下LiF单晶的高压折射率数据,给出了124GPa压力范围内1 550nm波长下LiF窗口速度的线性修正方程。研究结果可为分析冲击压缩实验中通过加窗激光多普勒探针测试技术获得的样品界面速度的数据提供参考。     

瞬态辐射高温计动态线性响应范围测量

 动态线性是辐射高温计的一项重要技术指标与对高温计的测量精度、测量结果有重要影响。为了解影响辐射高温计动态线性的因素,采用LED脉冲光源和高线性光电探头发展了一种脉冲线性测量方法,并对一种基于光电倍增管（PMT）的瞬态辐射高温计在不同工作条件下的动态线性响应进行了测量。结果表明,PMT的结构、分压器电路和工作电压对动态线性响应范围有显著的影响。测量和研究结果为研制高性能瞬态辐射高温计及其使用提供了重要的设计和参照依据。