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.     

非对称冲击-卸载实验中纵波声速的特征线分析方法

材料高压声速是获取材料在冲击下的剪切模量、强度和相变信息的重要物理量, 对于研究材料在高速冲击下的行为非常重要. 由于飞片、样品和窗口材料阻抗失配等因素, 传统的声速分析方法无法对非对称冲击-卸载实验中单样品的窗口界面速度进行准确的分析. 本文在反向特征线方法的基础上, 考虑了飞片与样品、样品和窗口界面的相互作用, 建立了适合于仅含单一厚度样品的非对称冲击-卸载实验的特征线声速分析方法, 通过对数值实验给出的速度剖面的分析表明, 该方法能够较为准确地获得待测材料高压下的声速及卸载路径.     

重玻璃高压声速测量与反向加载光分析技术

高压声速测量在冲击波物理研究中有重要的意义。高压卸载声速测量是研究材料动态力学性质和高压物理性质十分有效的手段。当同时测得纵波和体波声速后，就可以得到材料在动高压下的剪切模量。通过纵波声速向体积声速的跃变，可以判定冲击熔化的发生。由此不难明白，声速测量精度对冲击波物理研究的重要性。图1为典型的实验波形、Hugoniot、冲击温度和高压卸载声速测量结果。图1（a）中波形上数字为测量中心波长，t0和t1为冲击波到达时刻，t2为稀疏波赶上冲击波的时刻。     

全光纤白光任意反射面速度干涉系统

对离散任意反射面速度干涉系统和全光纤白光任意反射面速度干涉系统（ＦＶＩＳＡＲ）作了较全面的分析，论证了全光纤任意反射面速度干涉系统的主要意义在于实现了理想的空间相干、等程干涉、以及方便灵活的延时设置和极低的系统损耗。给关细的设计要点，报道了所研制的低激光二极管功率实验系统。以该系统进行了霍布金森杆一维应力加载下的自由面速度测试。实验结果与阻抗匹配法计算结果吻合很好，并获得了加载减载过程中产生的自由     

成像型任意反射面速度干涉仪研制

成像型任意反射面速度干涉仪是激光驱动冲击波研究的重要诊断设备,主要应用于惯性约束聚变脉冲整形实验、高压状态方程实验研究和材料特性研究.基于传统任意反射面速度干涉仪的特点,研制了一台基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪,该系统可用于测量自由面速度及透明介质中的冲击波速度.给出了成像型任意反射面速度干涉仪的详细设计要点.对系统性能进行了分析及测试,结果表明时间分辨优于30 ps,物方空间分辨约为10 μm,测速范围为6～45 km/s.     

冲击波物理与爆轰物理学科研究进展

1金属的高压本构研究 利用激光速度干涉技术测量了受冲击LY12铝从冲击压缩状态卸载时，铝样品与LiF窗口界面的粒子：速度剖面，获得了铝从冲击压缩状态卸载时沿着卸载路径的声速。由此计算了剪切模量，从冲击压缩状态卸载时的卸载路径，以及弹塑性本构的知识。     

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。     

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。     

一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究

在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm³,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值. 关键词： 重玻璃 冲击温度 卸载声速 冲击相变     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.     

冲击波作用下铝的等效剪切模量

提出了冲击波作用下通过测量沿着准弹性卸载过程纵波波速与体波波速得到等效剪切模量的方法,应用该方法对LY12铝在20—70 GPa冲击压力下的等效剪切模量进行了测量.实验结果表明,等效剪切模量随应力线性减少直至反向屈服时为零,而初始卸载时的等效剪切模量可以由修正的Steinberg-Cochran-Guinan模型进行描述.应用得到的等效剪切模量进行了初步数值模拟,计算结果与实验测量的粒子速度剖面符合很好,重现了准弹性卸载到塑性卸载的光滑过渡. 关键词： 等效剪切模量 波速 准弹性卸载 冲击波 铝     

Study of cerium phase transitions in shock wave experiments

Cerium has a complex phase diagram that is explained by the presence of structural phase transitions. Experiments to measure the sound velocities in cerium by two methods were carried out to determine the onset of cerium melting on the Hugoniot. In the pressure range 4–37 GPa, the sound velocity in cerium samples was measured by the counter release method using manganin-based piezoresistive gauges. In the pressure range 35–140 GPa, the sound velocity in cerium was measured by the overtaking release method using carbogal and tetrachloromethane indicator liquids. The samples were loaded with plane shock wave generators using powerful explosive charges. The onset of cerium melting on the Hugoniot at a pressure of about 13 GPa has been ascertained from the measured elastic longitudinal and bulk sound velocities.     

Cu/PMMA复合材料的声速与冲击响应行为

基于熔融共混法,制备了一系列不同配比且随机分散的Cu/PMMA复合材料,重点研究了Cu颗粒含量对PMMA基体声速与冲击压缩行为的影响。超声测试结果表明,随着Cu颗粒含量的增加,声波的衰减使材料的横、纵波声速皆呈缓慢下降趋势,由此使体积声速亦呈减小趋势。基于平板撞击实验,获得了冲击压力在1.1~6.0 GPa范围内各复合材料的冲击波速度-粒子速度方程。Cu/PMMA复合材料声阻抗的升高使Hugoniot参数λ逐渐增大,而零压体积声速减小,与常压体积声速所表现出的变化趋势一致。结合已有的压力-粒子速度关系模型,对各材料的压力-粒子速度曲线进行了讨论。在此基础上,归纳出一种基于上述模型的用于预测金属粒子填充聚合物基复合材料压力-密度关系的可靠方法。     

Pulse-echo measurement of longitudinal sound velocity in nanometer thin films

We propose a method to measure the longitudinal sound velocity in thin films of a few nanometer thickness using laser-based picosecond ultrasonics. In periodic multilayer structures, picosecond pulse-echo techniques were used to measure the effective sound velocity, which is related to the velocities of individual constituents through the superlattice phonon dispersion relation. The individual sound velocities can then be extracted, provided two or more effective velocities are obtained from multilayers of different thickness ratios. Longitudinal sound velocities in ion-beam sputtered Mo and amorphous Si films of 2 to 5 nm thickness have been determined to be 98 and 94% of the bulk speed, respectively. We believe this technique has general applicability to sound velocity measurement in ultra-thin films. PACS 68.60.Bs; 68.65.Ac; 78.47.+p     

Bulk sound velocity of porous materials at high pressures

A correction of Walsh's method for bulk sound velocity calculation for shocked porous materials is accomplished based on the Wu－Jing thermodynamic equation of state. The corrected bulk velocities for solid and porous samples with low porosities are in good agreement with the corresponding experimental data published previously. On the basis of this corrected equation, the influence of thermoelectrons on the bulk velocity of shocked materials is discussed in detail at pressures of 50, 70 and 200 GPa. Some interesting phenomena are revealed, which seem to be the unique features of a dynamic-pressure-loading process and could not be found in static experiments.     

Reshock Response of 2A12 Aluminum Alloy at High Pressures

By means of mounting the specimen on a low-impedance buffer, reshock experiments were carried out on a 2A12 almninum alloy up to shock stresses＇ of 67.6 GPa. Reshock wave profiles from the initial shock stresses of 60.9-67.6 GPa were measured with a velocity interferometer, and it shows that the 2A12 aluminum alloy characterizes as quasi-elastic response during recompression process. The Lagrange longitudinal velocities along the reloading path from initial shock state were obtained from two shots of experiments, while the bulk velocities at corresponding shock stresses were determined via extrapolating from the public reported unloading plastic sound velocities. Combining the reshock and the release experimental results, the yield strength of 2A12 aluminum alloy at shock stress of 60.9 GPa was estimated to be about 1.7GPa.     

钨合金的超声测量及力学参量估算

 利用两面顶压机和六面顶压机作为压力装置，分别对93钨合金材料进行了高压超声测量。测得了93钨合金材料在常态下的横、纵波声速及在0~3 GPa压力范围内的纵波声速随压力的变化关系。测量结果为：在常温常压下，93钨合金的纵波声速为c_L＝5.135 km/s，横波声速为c_t＝2.987 km/s。纵波声速随压力变化的关系式为：c_L＝5.053+0.602p（GPa）。估算的93钨合金相关力学参量为：G＝157.4 GPa，E＝393.0 GPa，K＝260.2 GPa，λ＝155.3 GPa，μ＝157.4 GPa，ν＝0.248。经过对两种超声测量方法测量结果的比较及冲击波测量数据的验证，这些参数是可靠的。