冲击载荷下Al2O3抗弹陶瓷的力学性能实验研究

 通过静力学实验得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的弹性模量和泊松比。通过一维平面撞击实验，在Al₂O₃抗弹陶瓷材料中进行了冲击波速度、飞片速度的测量和纵向应力、横向应力测量，得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的冲击波D-u_p关系，以及抗弹陶瓷在3~11 GPa压力范围内相应的横向应力和纵向应力关系曲线，并根据这一曲线得到了抗弹陶瓷的纵向应力与剪切强度的关系。     

冲击载荷下Al2O3陶瓷的动态响应

 通过平面飞片碰撞实验，研究了质量分数为90%的Al₂O₃陶瓷在0～11.0 GPa的动态响应行为，给出了该材料的Hugoniot弹性极限（σ_HEL）、动态屈服强度、高压声速和Hugoniot曲线。结果表明：当冲击应力在σ_HEL≈11.0 GPa的范围内，Al₂O₃陶瓷的塑性区压缩特性表现出较明显的弥散行为；在远低于σ_HEL的应力区，Al₂O₃陶瓷已表现出明显的压缩损伤效应，即出现所谓的破坏波效应。     

块状密实铁/蓝宝石界面的冲击温度测量

 利用二级轻气炮技术并结合对称碰撞方法对铁样品进行了冲击加载,通过测量铁/蓝宝石的界面光谱辐射亮度获得该界面的冲击温度。实验中,采用了新的样品/窗口界面制备途径和更加可靠的高温计标定方法,有效地消除了直接接触界面的“尖峰”辐射现象,观测到了Fe/Al₂O₃接触界面的稳定辐射。实验结果表明,在164 GPa冲击压力下Fe/Al₂O₃的界面温度为（3 950±180） K。     

铝硅酸盐钙钛矿的晶格参数

 本文根据MgSiO₃－CaSiO₃－Al₂O₃系统在高温超高压下（p>40 GPa，T~1 500 ℃）合成铝硅酸盐钙钛矿的实验结果，并通过(Mg,Al)(Si,Al)O₃钙钛矿和(Mg,Fe)SiO₃钙钛矿的对比，研究组分对钙钛矿的晶格常数、畸变和稳定性的影响。查明在650 km的地震波速度不连续面以下的地幔中，Al₂O₃和CaO的存在形式。     

氮化硅（Si3N4）微粉的超高压烧结研究

 氮化硅（Si₃N₄）是具有优良性能的陶瓷材料，具有广泛的工程应用前景。但由于这种化合物属于共价结合性质并具有很高的熔点，陶瓷的烧结需要在很高的温度下进行。本文探讨了在超高压力下这种材料的烧结行为的变化。对含有AlN、Al₂O₃及少量La₂O₃添加物的Si₃N₄微粉在3~7 GPa，800~2 000 ℃的压力温度范围内进行烧结，并应用X射线衍射、扫描电子显微镜观察及密度测量等方法研究了烧结样品。结果表明高压力可以大大促进Si₃N₄的α→β转变及固相反应，降低烧结温度。高压下烧结过程分为两个阶段：低温下以粉末粒子结合为主要内容的过程及高温下各物相间的相变和固相反应为主的过程。研究表明，超高压力下烧结没有改变所研究组份样品的复合相组成。     

Sol-gel法制备Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3粉末光致发光特性

采用异丙醇铝[Al(OC₃H₇)₃]为前驱体,溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Al₂O₃粉末.实验结果表明:900 ℃烧结的粉末为固溶Er³⁺、Yb³⁺的γ-(Al,Er,Yb)₂O₃相和少量θ-(Al,Er,Yb)₂O₃相的混合物.Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Al₂O₃粉末具有中心波长为1.533 μm的光致发光(PL)特性.1 mol % Er³⁺和1 mol% Yb³⁺共掺杂的Al₂O₃粉末的PL强度较1 mol % Er³⁺掺杂提高2倍,半峰宽从53 nm增加到63 nm.随泵浦功率的提高,PL强度呈线性增加后渐呈饱和趋势.     

防离子反馈Al2O3膜对三代夜视成像器件性能的影响

为解决三代微光管寿命问题，采用电子显微镜和质谱仪对微通道板输入面溅射蒸镀的Al₂O₃膜质量进行了分析，研究了膜层对器件性能的影响，并就Al₂O₃给三代微光夜视成像器件带来的成像质量问题进行了讨论。研究结果表明：尽管Al₂O₃薄膜可以有效地防止离子反馈，但给管子成像质量带来了严重影响，使得图像模糊，信噪比降低等。提出了从本质上解决器件寿命问题的有效措施是将光电阴极与显示屏进行真空隔离，以实现光电阴极无离子反馈的轰击。     

利用平面装置冲击合成PZT 95/5粉体的研究

 利用平面冲击波加载装置,以Pb₃O₄、ZrO₂和TiO₂为原料,Nb₂O₅为掺杂剂,合成了粒度均匀的亚微米级PZT 95/5粉体。实验通过改变飞片的厚度来调节其击靶速度,从而获得不同的冲击条件,并且实验的冲击条件均达到了PZT 95/5的合成要求。X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分析表明,冲击合成后的样品存在明显的晶粒细化效应,同时产生了严重的晶格畸变和大量的晶格缺陷。     

高压高温下B2O3与Mg和Li3N的反应

 通过B₂O₃与Mg和Li₃N分别在不同温度压力条件下的反应，用X射线方法研究了生成物的物相。当采用Mg与B₂O₃为原料时，其产物是Mg₃B₂O₆；用Li₃N与B₂O₃反应时，产物中除了Li₃BO₃，还有立方氮化硼（cBN）生成。这表明，当原料中含有相同数量B₂O₃时，用Mg和Li₃N分别作触媒合成立方氮化硼，将得到不同的结果。     

静高压下Al-Mn准晶形成及其结构稳定性的研究

 静高压（4.5 GPa）下Al₆Mn合金熔态淬火（冷却速度约为10² ℃/s），得到Al₆Mn合金的高压淬火样品。X射线分析表明：Al₆Mn合金的高压淬火样品中含有准晶二十面体相、Al₆Mn相及Al的面心立方相；与常压结果相比，高压淬火方法的冷却速率可比常压的低约3个数量级的条件下产生准晶二十面体相。其晶化温度与急冷甩带的相近。对静高压（2.5 GPa）下Al₆Mn准晶条带样品的晶化过程进行了研究。X射线分析表明：静高压下Al₆Mn准晶条带样品的晶化过程中，出现了一种新的未知亚稳相——准晶向晶体转化中的一种中间过渡态，具有类T相形式；与常压结果比较，高压下准晶相晶化温度提高。     

High strain rate response of an elastomer

Abstract

Plate impact experiments have been performed to examine the high strain rate response of an elastomer (explosive binder) shocked to 8 kbar stress. Particle velocity data have been obtained using in-material electromagnetic velocity gauges. Normal impact experiments have provided compression and release wave velocities and stress-strain results; ramp wave experiments indicate that the elastomer response is independent of loading rate; inclined plate impact measurements show that the material does not support any shear even at these strain rates. Additionally, numerical simulations have been performed to show that shock propagation in viscous fluids canbe simulated without artificial viscosity but by using the material viscosity in the constitutive relations. Such simulations will be useful in obtaining material viscosities from the measured wave profiles.     

冲击加载下Zr51Ti5Ni10Cu25Al9金属玻璃的塑性行为

进行了10—27 GPa应力范围内Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的平面冲击实验以研究其高压-高应变率加载下的塑性行为.由样品自由面粒子速度剖面的分析获得了冲击加载过程的轴向应力,并通过轴向应力与静水压线的比较获得剪应力.实验结果表明,尽管存在明显的松弛效应,但Zr基金属玻璃的Hugoniot弹性极限随着冲击应力的增加而增加.然而,塑性波阵面上的剪应力则显示先硬化而后软化现象,而且软化的幅度随冲击应力的增加而增加.冲击加载下Zr基金属玻璃的上述剪应力变化特征与分子动力学模拟结果比较一致,但与压剪实验结果和一维应力冲击实验结果明显不同.     

纳秒激光冲击加载的全过程诊断

 与传统的冲击加载方式相比,激光驱动试样具有微尺寸（直径小于1 mm,厚度约10 μm）、超短作用过程（纳秒量级）等特点,但其速度变化历史的实时诊断颇为困难,因此发展适用于激光驱动的高时空分辨率的实时测试技术是十分重要和有价值的。采用桌面式脉冲Nd:YAG激光器作为加载平台,发展了激光加载下的小焦点多普勒光纤探针测量系统（焦斑直径约200 μm,时间分辨力约50 ps）,成功实现了从激光脉冲驱动微尺寸飞片飞行直至撞击Z-切石英试样的全过程实时诊断。实验结果显示,将6 μm 厚Al箔飞片驱动至2.48 km/s时,撞击Z-切石英试样的粒子速度为1.27 km/s,与Hugoniot理论计算结果相符,表明该测试技术是可靠、有效的;多层薄膜靶结构设计（基底/烧蚀层/硅油/Al箔）可提升激光与靶物质的能量耦合效率,使飞片保持更好的宏观完整性。为开展超短脉冲激光加载下材料动态特性研究提供了一种有效的技术途径。     

固体炸药在压剪加载下的起爆特点实验研究

 采用平面正碰撞Y-切面α石英，使之产生压剪波传入粘接在石英后表面的炸药（T/Г40/60，10^#-159）试件中的方法，实现对炸药试件的一维平面压剪复合加载。用埋入多重拉格朗日量计──电磁质速计，记录传入炸药试件中的纵向运动和横向运动变化历史，分析炸药中压剪波的传播规律，从而认识炸药在压剪加载下的起爆响应特点。     

蓝宝石冲击消光晶向效应的第一性原理

蓝宝石的冲击消光现象是高压领域中的研究热点.低压段(86 GPa范围内)的实验研究表明蓝宝石的冲击消光与晶向相关,但在高压段(压力范围:131255 GPa)是否也具有晶向相关性目前尚不清楚.为此,利用第一性原理方法,分别计算了八个不同晶向的蓝宝石理想晶体和含氧离子空位缺陷晶体在高压段的光吸收性质,结果发现:1)蓝宝石在高压段的冲击消光表现出明显的晶向效应,且该效应还随压力增大而增强;一步的数据分析可以看出,在冲击实验采用的波段内,a晶向的消光最弱(透明性最好),c晶向的消光最强与c晶向的消光接近,g晶向的消光要弱于s晶向的消光.鉴于此,如果在高压段开展加窗冲击波实验,建议选择a晶向或m晶向的蓝宝石作为其光学窗口.本文结果不仅有助于深入地认识蓝宝石在极端条件下的光学性质,而且对未来的实验研究有重要的参考作用.     

基于神光III原型的整形激光直接驱动准等熵压缩实验研究

整形激光直接驱动准等熵压缩实验技术对新材料科学、冲击波物理、地球物理学研究等领域有重要意义. 设计特定的实验条件, 可以将材料压缩到冲击压缩和等熵压缩都无法达到的状态, 从而为材料研究提供新的技术途径. 介绍了在神光III原型装置上开展的直接驱动准等熵压缩实验, 对理论基础、实验靶型、实验结果、关键技术、实验特点和数据都进行了较详细的分析. 通过实验和相应的数据处理程序, 获得了加载面上压力超过400 GPa的数据, 这是目前国际上用激光直接驱动的方式获得的Al材料中最高的压力. 同时, 对经过LiF窗口获得的表观粒子速度与真实粒子速度的关系进行了分析, 获得了一条对表观粒子速度进行动态修正的曲线, 从而使粒子速度的计算更加准确. 对实验的改进方向进行了比较明确的分析. 所提供的数据和分析过程对该领域的研究人员有一定的参考价值.     

聚四氟乙烯动态特性的实验研究

 在10~55 GPa的高压范围用化爆装置、采用阻抗匹配法测得了聚四氟乙烯（初始密度ρ₀=2.19 g/cm³）的冲击波速度D和波后粒子速度u之关系为：D=2.10+1.62u（mm/μs）。在0.2~3 GPa的低压范围用气炮装置、采用电磁速度计测量了材料内加、卸载过程的拉格朗日粒子速度波形，获得的冲击加载D-u关系为：D=1.24+3.72u-1.94u²（mm/μs）。实测卸载曲线和加载冲击绝热线接近一致，残余应变似乎不存在或者说很小；弹性区段很不明显，聚四氟乙烯本质上呈现出塑性性质。     

玻璃中失效波传播的实验研究

通过轻气炮加载平面撞击实验,采用激光速度干涉仪(VISAR)测量了相同冲击载荷作用下不同厚度Soda-Lime玻璃试件背面的粒子速度,得到了Soda-Lime玻璃中失效波的传播轨迹和传播速度。结果表明:碰撞面上产生的失效波存在一定的初始时间延迟,且延迟时间随载荷增加而减小。研究结果对于深入认识失效波的产生机理及其在各类脆性材料中的传播规律具有重要作用。     

用于磁压剪技术的10 T准静态磁场发生器

基于理论分析和数值模拟,建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器,由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成,通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关,向一对磁体线圈放电,进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时,在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%,满足磁压剪实验要求。