金属钽、铋和钼在冲击加载下的声速和状态方程研究
本文选题：声速 + 状态方程 ； 参考：《中国工程物理研究院》2016年博士论文
【摘要】：物质的相图和状态方程是凝聚态物理研究的基础内容。构建全区多相状态方程模型的常用方法是有效连接不同“特定区域”的物理模型并与实验数据进行比较验证。这些“特定区域”通常由相图中的相界、三相点或者特定物理条件确定。因此,材料相变对于全区多相状态方程建模非常重要。在过渡金属高压相图研究中,由动、静高压实验和理论计算得到的熔化数据存在巨大差异,其熔化机理仍然是一个未能彻底解决的难题。颇具争议的可能原因之一是在冲击熔化前体心立方(BCC)结构是否保持稳定、是否发生了固-固相变而转变为其它结构。此外,典型多形相变材料铋(Bi)在冲击熔化液相区的状态方程实验数据分散性较大、高压声速等物性参数的实验数据很少,在很大程度上影响了其多相状态方程理论模型的置信度。基于上述分析,本文针对文献中钽(Ta)的声速实验数据和冲击回收实验中发现绝热剪切带所表明可能存在的固-固相变,开展了基于对碰台阶法和反碰法的精密声速测量实验、冲击回收实验和弹塑性对声速测量影响的实验研究,结合最新的加温以及旋转DAC静高压实验与文献数据,多种实验数据交叉比对结果表明：在冲击熔化前,Ta的BCC结构相保持稳定,没有发现Ta发生了固-固相变的证据。对于Bi在冲击熔化液相区状态方程实验数据分散性较大、高压声速等物性参数的实验数据很少的问题,通过非对碰台阶法测得了Bi的高精度Hugoniot和声速实验数据,为其完全冲击熔化压力的确定、校验高压区的多相状态方程理论模型、以及低压区实验数据和理论计算结果提供了参考数据,为在一维冲击加载范围有限的条件下、开展高精度的多物理量联合测量提供了实验依据。在预加热冲击实验中,存在样品温度梯度较大、测试信号信噪比较差等难点,本文通过实验装置和加温、控温工艺的优化设计以及样品/窗口界面的精细镀膜处理,在钼(Mo)样品预加热温度约为500 K时,成功获得了明显特征完整、信噪比较高的Mo/LiF界面粒子速度历史；得到预加热Mo的声速实验数据在不确定度范围内支持“在冲击熔化前没有发现Mo发生了固-固相变的证据”这一结论；建立了冲击加载、预加热条件下金属材料的Hugoniot和声速测量实验技术,为进一步开展高精度、更高预加热温度的冲击加载实验提供了技术支持。实验数据测量不确定度的可靠性对研究物理问题至关重要,科学、适用的评定方法是提高测量不确定度可靠性的关键,而目前对于材料高压声速实验数据的测量不确定度评定的详细报道较少。本文基于MC方法在偏离GUM方法适用条件的情况下具有较高的可靠性,建立了GUM和MC相结合的测量不确定度评定及数据分析综合方法,提高了实验数据测量不确定度评定结果的可靠性,为比较不同的实验数据,开展后续冲击高压下的物性研究实验以及科学评定测量不确定度奠定了基础。
[Abstract]:The phase diagram and state equation of the material are the basic contents of the condensed state physics research . The common method of constructing the model of the multi - phase state equation in the whole area is that the physical model of different " specific areas " is effectively connected and compared with the experimental data .
The conclusion that the experimental data of the sound velocity of the pre - heated Mo support " no evidence of the solid - solid phase transition of Mo before impact melting " is supported in the uncertainty range .
The Hugoniot and sound velocity measurement technology of metal materials under impact loading and pre - heating conditions are established to provide technical support for further developing shock loading experiments with high precision and higher preheating temperature .
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O469
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，本文编号：1900702
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