發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 11:18

【摘要】：在材料動(dòng)態(tài)物性實(shí)驗(yàn)研究中,需要在樣品后加貼透明窗口作為壓砧,并維持一段時(shí)間的高溫高壓狀態(tài),以便能進(jìn)行界面粒子速度和光輻射亮度等物理量的時(shí)間分別測(cè)量,從而獲得被測(cè)樣品物性變化引起的波結(jié)構(gòu)演化信息。在這類實(shí)驗(yàn)中,窗口材料也將因受到?jīng)_擊波壓縮作用而發(fā)生彈塑性轉(zhuǎn)變和沖擊結(jié)構(gòu)相變甚至沖擊熔化,包括折射率和光學(xué)吸收率等光學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化。因此,窗口材料本身的動(dòng)態(tài)性質(zhì)研究在沖擊波物理研究領(lǐng)域是一項(xiàng)十分基礎(chǔ)的工作,有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到實(shí)驗(yàn)信號(hào)的正確解讀。釓鎵石榴石(GGG)單晶初始密度為7.1 g/cm3,被認(rèn)為是一種潛在的高阻抗窗口材料,吸引了許多科研人員的研究興趣,開(kāi)展了比較系統(tǒng)的研究。迄今為止,GGG的沖擊彈-塑性轉(zhuǎn)變及其彈性先驅(qū)波波幅隨沖擊應(yīng)力的變化、Hugoniot狀態(tài)方程、沖擊相變、單波區(qū)的光學(xué)折射率、沖擊發(fā)光沖擊溫升和沖擊熔化以及高壓電阻率變化都有相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作和部分理論工作的報(bào)道。GGG的沖擊相變起始?jí)毫?6GPa左右,在200 GPa附近發(fā)生沖擊熔化。而靜高壓實(shí)驗(yàn)報(bào)道則認(rèn)為,GGG在88 GPa附近發(fā)生了從立方石榴石相到鈣鈦礦立方相的結(jié)構(gòu)相變。然而,GGG單晶在沖擊高壓下的光學(xué)透過(guò)率(沖擊透明性)以及相變動(dòng)力學(xué)過(guò)程對(duì)其有何影響尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本文首先采用平板撞擊法進(jìn)行一維應(yīng)變沖擊加載,結(jié)合Doppler頻移激光干涉位移測(cè)速系統(tǒng)(DPS系統(tǒng))對(duì)樣品的界面和自由面速度隨時(shí)間變化的歷史進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量波長(zhǎng)為1550 nm,壓力范圍覆蓋6-201 GPa。由此分析得到GGG樣品([111]晶向)在包含雙波和三波結(jié)構(gòu)區(qū)的折射率隨沖擊壓力的變化關(guān)系。結(jié)果表明,在發(fā)生沖擊相變的壓力之前,GGG折射率變化不大;而高壓相的折射率隨壓力變化的速率則明顯增加;在相變壓力處連續(xù),并未發(fā)生突變。本文第二部分工作采用二級(jí)輕氣炮動(dòng)高壓加載設(shè)備和多通道輻射高溫計(jì)系統(tǒng),結(jié)合高溫靶設(shè)計(jì)產(chǎn)生的原位光源,對(duì)GGG樣品的沖擊發(fā)光和透射譜進(jìn)行了同時(shí)測(cè)量,測(cè)量波長(zhǎng)范圍為400-800 nm,實(shí)驗(yàn)壓力范圍覆蓋47-211 GPa。獲得了GGG消光(吸收)系數(shù)α隨波長(zhǎng)和壓力變化的定量關(guān)系。結(jié)果表明,不同波長(zhǎng)的α系數(shù)整體隨著沖擊壓力的增加而增加,出現(xiàn)透明-不透明轉(zhuǎn)變,并在75 GPa處達(dá)到峰值;之后在75-100 GPa壓力范圍,α系數(shù)隨壓力的增加而下降,發(fā)生不透明-透明轉(zhuǎn)變;然后在更高壓力下再次出現(xiàn)快速增加。α系數(shù)下降的起始?jí)毫εc相變壓力一致,說(shuō)明GGG沖擊透明性恢復(fù)很可能與其相變動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。非彈性沖擊波壓縮會(huì)導(dǎo)致晶體內(nèi)部出現(xiàn)包括剪切帶在內(nèi)的各種缺陷分布,使其光學(xué)透明性發(fā)生變化;而發(fā)生沖擊相變時(shí),子相則首先在這類缺陷位置處成核和增長(zhǎng),并對(duì)缺陷形成消耗,最終導(dǎo)致缺陷濃度的減小。而GGG折射率在相變壓力附近變化不明顯,說(shuō)明子相和母相的折射率是匹配的,因而新相的出現(xiàn)本身不會(huì)導(dǎo)致GGG透明性的變化。因此,新相生成導(dǎo)致的缺陷濃度降低是GGG沖擊透明性恢復(fù)的根本原因。本文工作創(chuàng)新點(diǎn)包括:1.建立和發(fā)展了沖擊發(fā)光和消光同時(shí)測(cè)量技術(shù);2.測(cè)得了包括彈一塑性轉(zhuǎn)變雙波結(jié)構(gòu)區(qū)和相變?nèi)ńY(jié)構(gòu)區(qū)的GGG單晶折射率n隨沖擊壓力變化的定量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)n在相變壓力處是連續(xù)的;3.測(cè)得了GGG單晶消光(吸收)系數(shù)隨波長(zhǎng)和沖擊壓力變化的定量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)GGG在相變壓力附近出現(xiàn)透明性恢復(fù),并給出了合理解釋。
【圖文】：

圖１．２三種透明單晶窗口的動(dòng)態(tài)掃描圖像，（ａ）ＬｉＦ邋（ｂ）Ａｌ２0３邋（ｅ）ＬｉＴａ0３（取自文獻(xiàn)［３４］）逡逑

邐到達(dá)ｆｌ丨丨丨端Ｉｆａ逡逑圖１．２三種透明單晶窗口的動(dòng)態(tài)掃描圖像，（ａ）ＬｉＦ邋（ｂ）Ａｌ２0３邋（ｅ）ＬｉＴａ0３（取自文獻(xiàn)［３４］）逡逑５邋邐？邐？邐逡逑４邋－邐Ｉ逡逑Ｖ－逡逑０邋２－邐／逡逑１；邋，Ｌ邐．，，」，逡逑０邐０．２邐０．４邐０．６邐４邐５邐６邐７邐８逡逑Ｘ，＾ｘｍ逡逑圖１．３常溫常壓下ＧＧＧ單晶在０．２５－７邋波長(zhǎng)范圍內(nèi)的
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O734

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2594962