極端條件下典型第五副族金屬強(qiáng)度特性實驗研究.pdf

1、理論研究預(yù)測，第五副族金屬（元素周期表第五列元素）因在高壓下電子能帶結(jié)構(gòu)的特殊效應(yīng)引發(fā)其彈性常數(shù)C44壓力軟化（Pressure Softening），但現(xiàn)有聲速測量等實驗技術(shù)尚不能提供直接的實驗證據(jù)。基于位錯理論和本構(gòu)模型描述的屈服強(qiáng)度和剪切模量的本質(zhì)聯(lián)系，通過靜高壓屈服強(qiáng)度實驗研究檢驗理論預(yù)測有效性是一條可靠途徑。然而，目前除了金屬V的屈服強(qiáng)度實驗結(jié)果與理論預(yù)測基本一致外，Ta和Nb靜高壓屈服強(qiáng)度的不同實驗研究結(jié)果之問以及實驗研究結(jié)

2、果與理論模型之間均存在不同程度的差異。分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種分歧的原因是多方面的，既有實驗研究方法上的不足，也有其他可能的物理原因如織構(gòu)、結(jié)構(gòu)相變以及樣品材料高壓損傷等的影響。針對這一現(xiàn)狀，本文從兩方面同步開展了研究:一方面，對前人測量Ta和V屈服強(qiáng)度的實驗方法——壓力梯度法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對Ta和V的實驗結(jié)果進(jìn)行了重新分析，通過提出合理的實驗物理設(shè)計原則等，對方法做了進(jìn)一步發(fā)展和完善;另一方面，采用X射線衍射線寬分析法（線寬法）對Ta和N

3、b的高壓屈服強(qiáng)度進(jìn)行了研究，揭示了Ta和Nb屈服強(qiáng)度隨壓力的變化規(guī)律，為檢驗理論模型提供直接實驗判據(jù)。
　　本文取得的具有創(chuàng)新性研究結(jié)果歸納如下:
　　1、針對壓力梯度法實驗測量技術(shù)的不足，采用有限元(Finite Element Modeling，F(xiàn)EM)分析和高壓實驗相結(jié)合的方法，對壓力梯度法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得的重要結(jié)論包括:1）發(fā)現(xiàn)前人報導(dǎo)的Ta的高壓屈服強(qiáng)度反常下降行為與不合理的實驗物理設(shè)計有關(guān)，包括封墊的干擾和金

4、剛石變形的影響，而非純粹壓力軟化行為的體現(xiàn)，而V的高壓實驗物理設(shè)計相對更為合理，其屈服強(qiáng)度結(jié)果中相關(guān)因素的影響則被排除或減緩;2）從提出實驗物理設(shè)計指導(dǎo)原則、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法以及揭示樣品彈塑性變形物理規(guī)律等方面對壓力梯度法做了系統(tǒng)改進(jìn)，進(jìn)一步發(fā)展和完善了該實驗測量技術(shù);3）針對壓力梯度法中紅寶石壓標(biāo)的不足，研制了SrB4O7∶Sm2+熒光壓標(biāo)，在靜水壓和非靜水壓環(huán)境中對其進(jìn)行了系統(tǒng)標(biāo)定，將其非靜水壓標(biāo)定關(guān)系的有效壓力范圍拓展至127 G

5、Pa，在綜合考慮溫度和壓力對熒光峰頻移的耦合效應(yīng)后建立了SrB4O7∶Sm2+高溫壓力標(biāo)定技術(shù)，將樂力梯度法的有效范圍拓展至更寬廣的壓力和溫度區(qū)間?？傊?，經(jīng)發(fā)展完善的壓力梯度法為靜高壓屈服強(qiáng)度特性研究提供了可靠實驗技術(shù)，對高壓本構(gòu)模型的精確構(gòu)建具有重要科學(xué)意義。
　　2、系統(tǒng)考察了線寬法實驗測量技術(shù)，提出了線寬法實驗物理設(shè)計的指導(dǎo)原則，采用線寬分析法研究了Ta和Nb的高壓屈服強(qiáng)度，主要結(jié)論有:1）對Ta和Nb最高實驗壓力分別達(dá)到了

6、101 GPa和61 GPa，發(fā)現(xiàn)了Ta在52～84 GPa之間、Nb在30～42 GPa和42～50 GPa之間屈服強(qiáng)度存在反常下降行為，通過列衍射德拜環(huán)相對強(qiáng)度變化、衍射峰峰形變化以及等溫壓縮特性等的分析，排除了織構(gòu)、結(jié)構(gòu)相變以及壓致?lián)p傷等方面的原因?qū)a和Nb高壓屈服強(qiáng)度軟化的影響，確認(rèn)了實驗觀測的屈服強(qiáng)度反常軟化系壓力軟化行為;2）Ta和Nb屈服強(qiáng)度實驗結(jié)果與理論模型預(yù)測的C44壓力軟化范圍(Ta和Nb分別50～80 GPa和2