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，     

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。     

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1550 nm)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50 GPa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, 1550 nm)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。     

钝感炸药冲击起爆反应过程的 PDV 技术

为研究A型钝感炸药冲击起爆反应演化过程,进行了火炮驱动蓝宝石飞片的一维平面冲击实验。实验中采用光子多普勒测速仪(Photonic Doppler velocimetry,PDV)技术测量冲击起爆后台阶型炸药的粒子速度。在炸药不同厚度台阶的后界面固定镀铝膜的楔形氟化锂(LiF)窗口,利用阻抗匹配将PDV测量的LiF窗口波后粒子速度转化为炸药样品波后粒子速度。比较组合式电磁粒子速度计和PDV两种测速技术,结果表明,相较于组合式电磁粒子速度计,PDV测量的粒子精度更高。简要分析了PDV测速探头角度、探头孔径、窗口折射率等影响,得到PDV测速的相对不确定度小于1%。     

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。     

利用VISAR测量LY12铝在冲击压缩下的声速

 介绍了利用VISAR技术测量受冲击压缩LY12铝的高压声速的方法。平板对称碰撞实验在冲击波物理与爆轰物理实验室的二级轻气炮上进行,峰值应力约为20、32、55和71 GPa。每发实验中,VISAR同时使用三种条纹常数测量LY12铝和单晶LiF窗口的界面粒子速度剖面。从三种条纹常数计算的界面粒子速度剖面相互符合,完全一致。实验信号具有很高的信噪比,表明样品与窗口之间的界面连结和处理技术非常成功。这种测量技术不仅能够得到初始加载应力下的纵波声速,而且能够得到声速沿着卸载路径的变化。将声速的塑性段外推到初始冲击加载压力即得到该压力下的体积声速。LY12铝的声速测量结果与假定ργ为常数条件下用Mie-Grüneisen状态方程计算的结果符合得很好。     

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Z-切石英的弹性响应特性和折射率

利用平面对称碰撞和“原位”测量实验方法,对Z-切石英的弹性响应特性和窗口光学特性进行了研究.结果表明,在至少10 GPa内,Z-切石英为弹性单波响应,且透光性良好,可作为速度剖面测试系统的光学窗口.10 GPa内Z-切石英的冲击波速度和粒子速度之间满足线性关系.1550 nm入射光条件下,其窗口速度修正采用指数形式较为精确,线性修正仅适用于特定范围;而折射率随密度的变化关系则可采用线性函数进行较好描述.以上结果为Z-切石英应用于基于1550 nm光源激光干涉测速系统的光学窗口提供了依据. 关键词： Z-切石英')" href="#">Z-切石英 速度修正 折射率 弹性响应     

加窗VISAR测试技术研究

本文介绍与VISAR配合的加窗干涉仪测试技术，利用这一技术得到了6.5GPa冲击压力下铜-LiF晶体窗口之间的界面速度变化过程。实验中采用铜样品表面作为信号光反射面，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可靠度。     

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。     

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。     

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     

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.     

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。     

<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.     

双屈服法测定93W合金的屈服强度

 用组合飞片技术以实现对待测材料93W合金进行加载-再加载和加载-卸载，并用VISAR（Velocity Interferometer System for Any Reflector）测试方法和高速数值示波器记录样品-窗口界面的粒子速度，通过上下屈服面法对实验数据进行处理，从而推出93W在冲击压力分别为16、32和96 GPa三个压力点下的屈服强度为：1.8、2.6和4.9 GPa。得到了93W合金在高压下材料屈服强度随冲击压力的增大而增大，但其与冲击压力的比值则随冲击压力的增加而减小的变化规律。     

自校准靶型在冲击波实验中的应用

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中,利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预,所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中,由于散斑和条纹质量下降等问题,该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型,可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度,从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积,获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度,可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法,与理论上的评估结果相互吻合,证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法,可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。