沖擊加載下液態(tài)光學(xué)窗口水的熱物理性質(zhì)及疏松金屬鐵的沖擊溫度測量問題研究.pdf

1、水不僅是地球的重要的物質(zhì)組分也是凝聚態(tài)炸藥的爆轟產(chǎn)物之一，因此它的高溫高壓物態(tài)方程研究受到廣泛關(guān)注。盡管在沖擊加載條件下研究工作取得過一系列重要的進(jìn)展，但仍存在諸多問題需要解決。主要表現(xiàn)在:(1)在中低壓力區(qū)(低于50GPa)水的沖擊溫度測量數(shù)據(jù)十分稀缺。文獻(xiàn)中曾報(bào)道過兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，但那是早期的兩通道高溫計(jì)測量結(jié)果，其可信度受到普遍質(zhì)疑。(2)沖擊高壓下水的比熱取值以及其隨溫度變化特性一直存在爭議，不同理論模型（Cv（T））所給出的高溫高

2、壓物態(tài)方程結(jié)果相差較大。(3)在沖擊高壓下水的光學(xué)窗口功能還沒有被人們比較系統(tǒng)地研究過。事實(shí)上，液態(tài)光學(xué)窗口在解決不透明金屬材料的沖擊溫度測量問題方面具有一定潛力，它被認(rèn)為是解決疏松金屬?zèng)_擊溫度測量問題的最理想光學(xué)窗口;(4)在高溫高壓下水的光學(xué)透明性和熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)基本是空白，這是液態(tài)窗口材料的兩個(gè)重要特性參量。
　　 由于在金屬/固態(tài)光學(xué)窗口界面處殘余氣體的沖擊發(fā)光干擾，以及光學(xué)窗口本身的沖擊發(fā)光效應(yīng)的影響，金屬的沖擊測溫問題一

3、直是沖擊波物理研究領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)。盡管采用精密拋光技術(shù)人們已基本消除了金屬/窗口之間間隙氣體的沖擊發(fā)光干擾，但疏松金屬樣品的體內(nèi)存在大量孔洞缺陷，人們通過精密拋光手段無法獲得比較理想的拋光表面，來自界面的不穩(wěn)定輻射干擾也就無法消除。正是這個(gè)技術(shù)瓶頸的存在，疏松金屬?zèng)_擊溫度測量問題至今沒有解決。
　　 為了解決上述兩方面問題，本文進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)和理論方面的研究，取得結(jié)論如下:
　　 1.利用二級(jí)輕氣炮加載技術(shù)，首次在30

4、-50GPa沖擊壓力區(qū)觀測水的光學(xué)透明性。結(jié)果表明，在低于35GPa沖擊加載條件下水在可見光波長范圍內(nèi)仍然保持為光學(xué)透明介質(zhì)，可用作液體光學(xué)窗口材料;在35-45GPa沖擊壓力區(qū)，水成為光學(xué)半透明介質(zhì)，作為光學(xué)窗口使用時(shí)需要考慮水的光學(xué)吸收特性。
　　 2.在35-50GPa沖擊條件下，首次獲得水的沖擊溫度數(shù)據(jù)。結(jié)合Lyzenga等在50-80GPa之間的沖擊溫度測量結(jié)果，對(duì)沖擊高壓下水的比熱容取值和函數(shù)關(guān)系給出了限定:(1)在

5、低于50GPa壓力區(qū)，水的比熱容Cv應(yīng)取為7.07R;(2)在50GPa至80GPa高壓縮區(qū)間，由于熱電子或電離效應(yīng)的影響，水的比熱容與沖擊溫度相關(guān):Cv=(5.76+3.84×10-4TH)R。
　　 3.利用測量金屬鉭/水的界面溫度的辦法，對(duì)沖擊高壓下水的熱導(dǎo)率取值范圍進(jìn)行了限定。結(jié)果表明，水的熱導(dǎo)率與沖擊壓力之間存在線性相關(guān)性:K=KW0+2.98PHW/(m·K)。
　　 4、以液態(tài)水為光學(xué)窗口測量鉭、銅、鐵的沖