【摘要】：玻璃球(Hollow Glass Microspheres,HGM)是激光慣性約束聚變(Inertial confinement fusion,ICF)實(shí)驗(yàn)中一種常用的燃料容器。同時(shí),玻璃球中需加載診斷氣體以在線監(jiān)測(cè)其內(nèi)爆壓縮過程。ICF實(shí)驗(yàn)對(duì)玻璃球本身的結(jié)構(gòu)具有較高的要求。經(jīng)充氣后,玻璃球從空心狀態(tài)變成裝載高壓、高密度氣體狀態(tài)。充氣過程玻璃球本身結(jié)構(gòu)的改變,外界環(huán)境對(duì)玻璃球性能的影響均對(duì)后繼的打靶過程造成一定的影響。因此,玻璃球的充氣研究至關(guān)重要。本文分別采用熱擴(kuò)散法充氣和注入法充氣兩種充氣方法對(duì)玻璃球性能的影響進(jìn)行了研究。不同充氣過程將對(duì)玻璃球力學(xué)性能、表面形貌、結(jié)晶分相等產(chǎn)生不同的影響。論文針對(duì)以上問題進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下。(1)研究了不同充氣溫度對(duì)空心玻璃玻璃球性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在不同的充氣工藝下,所需充氣時(shí)間不同,低溫所用充氣時(shí)間較長,高溫能減小充氣過程中所需的平衡時(shí)間,所用充氣時(shí)間較短。充氣溫度高于400℃會(huì)使玻璃球的耐壓強(qiáng)度大大降低。(2)通過控制變量法分析得出,充氣溫度和充氣壓力是影響玻璃球表面結(jié)晶分相的主要因素。溫度越高、壓力越大,玻璃球表面越易出現(xiàn)結(jié)晶分相現(xiàn)象。結(jié)晶分相導(dǎo)致空心玻璃玻璃球表面粗糙度增加。晶體成分主要是Na、B等元素組成。為了避免玻璃球表面結(jié)晶分相的發(fā)生可適當(dāng)降低玻璃球中B_2O_3、Na_2O的含量。(3)由于激光能量聚焦性好,強(qiáng)度大,利于加工硬度大、熔點(diǎn)高的材料,采用激光技術(shù)對(duì)玻璃球表面打孔后,玻璃球并未發(fā)現(xiàn)微裂紋等現(xiàn)象。對(duì)不同孔徑的玻璃球進(jìn)行注入法充氣并封膠。對(duì)采用注入法充氣后不同孔徑的玻璃球耐壓強(qiáng)度及保氣性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,激光打孔封膠后,玻璃球強(qiáng)度有所降低,且降低值隨孔徑增大而增加,但總體降低幅度不大,不影響其使用性能。通過X射線熒光光譜法(X-Ray Fluorescence Spectrometer,XRF)跟蹤玻璃球內(nèi)氣體量得出注入法充氣具有良好的保氣性能。(4)利用有限元對(duì)打孔玻璃球的力學(xué)性能進(jìn)行了模擬分析。對(duì)于相同面積的微孔而言,不同的形狀將導(dǎo)致不同的應(yīng)力集中現(xiàn)象。圓形是對(duì)玻璃球進(jìn)行激光打孔形狀的最優(yōu)選擇。當(dāng)微孔形狀相同時(shí),不同孔徑的玻璃球具有不同的力學(xué)性能。隨著孔徑的增大,微孔處的應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢(shì)。玻璃球孔徑越大,玻璃球所受應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯,玻璃球的耐壓強(qiáng)度越低。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL632
【圖文】：

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 料 氣 體 的 靶 丸 上 ， 在 高 強(qiáng) 度 、 高 能 量 的速上 升，并形 成 等離子 體，這些等 離子體慣 性繼續(xù)發(fā) 生 向心運(yùn)動(dòng) 并繼續(xù) 被加熱，此，在極高 溫度 下靶丸 內(nèi)燃料發(fā)生聚 變反應(yīng) 階段[28,29,30 ]。如圖 1-1 所示 ：首先 是對(duì)靶度 的激光使靶 丸表面迅速 升溫并形成 等離部飛 散，由于 反 作用力的存 在，迫使靶 丸 丸內(nèi) 燃料 密度迅 速增大，在強(qiáng)激 光的照射密度 的狀態(tài) ，當(dāng)溫度 和密度均達(dá) 到某一極，隨著聚 變反應(yīng)的發(fā) 生，釋放出 大量的熱

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，如圖 2-1 中 ，氣體 分 子 M（白 圈）在 S 面上 半 部 分 較 上 半 部 分 分 布 密 集 。 由 于 氣 體 分 子，同時(shí) 存 在上半部 分 氣體向下半 部分的擴(kuò)散 和擴(kuò)散 。但由于 上 下 兩部分 該氣體密度不 同，必凈增長 ，這就 是 宏觀上的擴(kuò)散 現(xiàn)象。為定量分 ick Law（ 費(fèi)克定律）來描述[40,41 ]：zcDiJji A A 擴(kuò) 散 發(fā) 生 的 截 面 積 ； ji， 單 位 面 積 的 通 量 ； ci擴(kuò) 散系數(shù)。

圖 2-2 氣 體 的 微 觀 滲 透 圖Fig 2-2 Gas permeation microcosmic diagram 熱 擴(kuò) 散 法 充 氣 主 要 是 將 玻 璃 球 放 置 于 所 需 充 殼 內(nèi)外壓差 ，根據(jù)擴(kuò) 散原理 ，氣體通 過擴(kuò)散滲球的 氣體 滲透系數(shù)如公式 2-3 中所示：K=KTexp-B/RT）p0（ 為 氣 體 滲 透 常 數(shù) （ mol·m-1·s-1·Pa-1） ； T 為 溫 度數(shù)（J·mol-1·K-1）；當(dāng)充 氣溫度上 升至某 一溫度球 滲透系數(shù)隨溫度升高成指數(shù)關(guān)系增長。擴(kuò)散法充氣設(shè)備及充氣實(shí)驗(yàn)條件驗(yàn) 所用充氣設(shè) 備 為高溫充 氣室，充氣溫 度可根據(jù)的 最 高 溫 度 為 650 ℃ ， 最 大 壓 力 為 55MPa， 充控溫精 度為 0.5 ℃ 。充氣室 主要由充 氣單元 、機(jī)

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本文編號(hào)：2789741