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.     

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。     

用作VISAR窗口的LiF晶体折射率变化修正因子

 利用加窗VISAR测速方程和平面碰撞实验产生已知样品-窗口界面粒子速度的方法,对LiF晶体用作VISAR（激光波长532 nm）测速窗口时的折射率变化修正因子进行了测定。给出了LiF晶体窗口在冲击压力2.7~66 GPa范围内,折射率变化修正因子测量结果及界面粒子速度修正方法。     

激光驱动准等熵压缩透明窗口LiF的透明性

LiF在激光驱动高压实验中是比较常见的窗口材料, 其在冲击下透射或反射可见诊断光是作为窗口材料的重要特性. 在神光III原型激光装置上开展了带LiF窗口的铝样品准等熵压缩实验, 采用任意反射面速度干涉仪诊断获得准等熵压缩样品(CH/Al/LiF)的反射率. 实验结果表明在准等熵压缩后期反射率诊断出现致盲现象. 为此, 建立了带透明窗口的样品对诊断光的反射率模型, 模型考虑了窗口LiF压缩后透明性变化. 模型计算的CH/Al/LiF样品对可见光的反射率时间演化过程与实验结果符合较好. 研究结果表明: LiF中压缩波追赶逐渐形成强冲击波, 显著降低了LiF的透明性, 并最终发生致盲现象; 第一性原理方法所给出的LiF的能带间隙偏低1–2 eV; 该实验中, LiF的透明性完全消失时, LiF中波头处的温度约为1 eV, 压力为2–3 Mbar.     

35 GPa斜波加载下RDX单晶炸药的动力学行为

利用磁驱动斜波加载10 MA装置和激光干涉测速技术,开展了35 GPa压力下(100)晶向RDX单晶炸药的斜波压缩实验,获得了RDX单晶/LiF单晶窗口界面速度数据。实验结果显示,速度波剖面表现为明显的三波结构,由低到高依次对应弹性波、塑性波和相变波,α-γ相变的起始压力为3.1 GPa。结合修正的多相状态方程和非平衡相变动力学模型,对RDX单晶炸药的斜波压缩过程开展一维流体动力学数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致。     

冲击载荷下K9玻璃的光学特性

K9玻璃常作为冲击载荷下失效波(破坏波)萌生机制和脆性材料动态断裂特性的研究对象,而当作为冲击窗口材料时,由于冲击压力范围限制,其光学特性研究常被忽略。通过平板撞击实验,结合激光多普勒测速系统(DPS:Doppler Pin System,激光波长为1 550nm),获得了冲击波传播过程中不同光学测试界面运动的速度历史。通过分析原始干涉信号和界面速度剖面的时间对应关系,获得了K9玻璃保持冲击透明性及弹性响应的压力范围。研究结果表明,当冲击压力低于8GPa时,K9玻璃能保持良好的光学透明性,其动态折射率随密度的变化呈典型线性关系。     

斜波压缩下RDX单晶的动力学特性

利用小型脉冲功率装置CQ-4,实现了RDX单晶(210),(100)两种晶向15 GPa内的斜波压缩加载.利用激光干涉测速技术,实验获得了RDX单晶样品与LiF界面的速度历史曲线.速度曲线表现出明显的三波结构,表明出现了弹塑性转变和a-g相变.分别计算了两种晶向的应力屈服极限和屈服强度,不同晶向的RDX单晶的屈服极限表现出明显的差别.并对斜波加载下的a-g相变特征进行了分析,两种晶向的相转变起始压力基本相同, a-g相变起始压力在3.5—4.0 GPa之间,相变起始压力至5 GPa内均为相转变区, 5—15 GPa为稳定新相.     

磁驱动准等熵加载下Z切石英晶体的折射率

基于CQ4脉冲功率实验装置开展了Z-切石英晶体在磁驱动准等熵加载下的窗口折射率修正关系研究. 实验中采用激光波长1550 nm的双源光外差测速仪测量获得了LiF窗口和Z-切石英晶体窗口与不同厚度极板界面的粒子速度. 利用反积分方法由实验测得的LiF窗口与极板界面粒子速度计算得到了极板的加载磁压力历史; 以获得的磁压力为输入条件, 采用LS-DYNA计算软件正向计算得到石英晶体窗口与极板界面的真实粒子速度历史. 由实验获得的Z-切石英晶体窗口/极板界面表观粒子速度和计算得到的真实粒子速度, 获得了Z-切石英晶体弹性极限内的连续的折射率修正关系, 将其折射率修正关系的适用压力范围拓宽至14.55 GPa. 表观粒子速度与真实粒子速度关系采用线性拟合时, 折射率修正关系为n=1.087 (± 0.008)+0.4408ρ/ρ₀, 与冲击数据拟合的结果一致. 由折射率实验数据对Z-切石英晶体的极化率分析认为, 在其弹性极限压力范围内加载路径和温度对折射率的影响可以忽略.     

磁驱动准等熵压缩下单晶氟化锂的光学特性

以"阳"加速器和PTS装置为驱动源,开了展单晶氟化锂(LiF,通光方向[100])窗口材料在准等熵压缩下的光学特性实验研究。应用全光纤激光多普勒探针系统(DPS,激光波长1550nm)同时测量了Ly12铝材料电极加窗和未加窗的后界面速度历史,结合窗口材料修正方法获取了单晶氟化锂窗口材料在实验条件下折射率随密度的变化和界面粒子速度修正因子。每次实验可获取窗口材料样品的连续加载历史数据,进而处理得到LiF窗口材料在近50GPa准等熵压力范围内的修正因子。结合拟合的线性关系,进一步处理获得了在实验过程中折射率随密度的变化。将这些实验结果与D.E.Fratanduono,Y.Ma,B.J.Jensen的对应数据比较,其中与光子多普勒测速系统(PDV,1550nm)测量结果基本相符,不确定度与多次冲击实验得到的结果相当。     

铝的动态屈服强度测量及再加载弹性前驱波的形成机理分析

利用激光干涉测速技术(VISAR)测量LY12铝合金在20—34 GPa冲击压力下经历加载-卸载和加载-再加载过程的样品/窗口界面粒子速度剖面,采用AC方法确定了具有较高精度的动态屈服强度值.实验结果和文献发表的数据具有较好的一致性.通过以平面焊接方式制作组合飞片,克服了组合飞片在气炮发射过程中可能发生分离的技术困难,使铝的动态屈服强度测量压力范围从22 GPa扩展到了34 GPa.同时,根据对不同实验条件下的加载-再加载过程的比较,对再加载弹性前驱波的形成机理进行了讨论,认为位错是形成该现象的主要原因. 关键词： 动态屈服强度 AC方法 弹性前驱波 VISAR     

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.     

高压下单晶LiF的光学及热力学性质的密度泛函理论研究

采用平面波赝势密度泛函方法,对单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压下的光学性质进行了理论研究,并利用Vinet状态方程和准简谐Debye模型得到了其热力学性质.理论计算结果表明单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压范围内具有良好的透明性,吸收波段随压强的增加而出现了蓝移.计算所得晶格常数、体积模量及其对压强的一阶导数与实验值相符合.     

窗口声阻抗对锆相变动力学的影响

基于磁驱动加载装置CQ-4开展了锆的斜波压缩相变实验,研究了锆样品后表面窗口声阻抗对相变波形的影响.实验结果显示,锆后表面为较低声阻抗窗口(自由面和LiF窗口)时,相变起始对应的特征粒子速度约331.0 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时,特征粒子速度约301.9 m/s,特征速度对应的压力从约9.14 GPa下降到8.27 GPa.相变对应的速度特征拐点是与多种因素相关的实验信息,因此它对应的压力并不是材料属性参数相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变动力学方程开展了锆的相变动力学数值模拟研究,相变弛豫时间为30 ns,计算结果与三种情况的实验结果符合良好,可以较好地模拟斜波压缩下锆的弹塑性转变、相变等物理过程.在压力-比容和温度-压力热力学平面,相变前锆的准等熵线与冲击绝热线差异很小,相变后准等熵线都位于冲击绝热线下方,随着压力的增加准等熵线和冲击绝线偏差越来越大,温度-压力平面中在20 GPa时相差约100 K.相变开始后,由于相变引起比容的间断,导致锆的拉氏声速迅速下降约7%,相变完成后拉氏声速恢复到体波声速.     

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     

金属材料再加载“准弹性”响应的实验验证

 用波反射法设计了一维应变冲击实验，由时间分辨VISAR系统（Velocity Interferometer System for Any Reflection）测量了镁铝合金的冲击-再加载速度波剖面。结果显示，在排除窗口反射稀疏波的情况下，从24 GPa冲击态开始的再加载存在明显的“准弹性”响应，证实了Asay等报道的二次压缩“准弹性”响应是材料本征特性。并对金属材料高压本构参量实验测量的关键技术进行了探讨。     

掺氧化钙及相变对高压下立方氧化锆电子结构和光吸收的影响

研究表明,立方氧化锆可作为冲击波实验中的窗口材料.为了使得该材料在常态下保持结构稳定,需添加稳定剂——氧化钙.然而,掺杂会导致其在29 GPa的冲击压力下从立方转变为斜方Ⅱ结构相.因此,该材料在冲击压缩下的电子结构和光学吸收性质以及作为光学窗口的适用压力范围是值得研究的重要问题.本文运用第一性原理的方法,分别计算了在100 GPa范围内两种结构氧化锆的电子结构和光学吸收性质.结果表明:(1)在立方结构相区,冲击压力将导致其吸收边蓝移,而在斜方Ⅱ结构相区,却使得其吸收边红移;(2)在立方结构相区,掺杂将引起能隙变窄(吸收边红移),但对于斜方II相区,却导致能隙变宽(吸收边蓝移);(3)冲击结构相变使得能隙变窄,吸收边红移.本文数据建议,掺氧化钙的立方氧化锆在95GPa的冲击压力范围内可作为光学窗口材料.     

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。