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金属铋的冲击相变与多相物态方程研究

作　者: 谭叶
导　师: 戴诚达
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 凝聚态物理
关键词: Bi 冲击相变 Hugoniot关系声速粒子速度剖面
分类号: O521.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 15次
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内容摘要

冲击相变是冲击波物理研究的一项重要内容。研究物质在冲击加载下的相变特性,对于构建物质的完全物态方程具有重要意义,对于材料科学和地球物理学等研究也有着重要的推动作用。金属铋(Bi)是一种具有复杂相图的金属,存在复杂的多形相变和反常熔化特性。有关Bi的多形相变的研究,国外已经做了不少报道,但是从动高压和静高压获得的数据存在较大分歧；而Bi的高压熔化研究还处于起步阶段,因而通过对Bi的多形相变和熔化研究,对于认识物质的多形相变、熔化特性,构建完全物态方程具有重要意义。本文以实验为主,结合理论分析,研究了金属Bi在冲击加载下的相变特性。主要内容和研究成果归纳如下：(1)利用激光干涉测试技术(DISAR),采用正向碰撞法开展了3GPa压力附近金属Bi的加载粒子速度剖面测量,实验结果清楚地显示出多波结构,获得了Bi的弹塑性、BiⅠ-BiⅡ和BiⅡ-BiⅢ相变信息,实验结果同Asay等报道的结果较一致。(2)利用熔石英作为斜波发生器进行准等熵加载,通过加载应变速率的控制以展宽加载上升前沿,研究加载应变速率对相变压力的影响。实验结果表明低压下应变率对相变压力的影响较小。(3)通过反向碰撞法测量了10GPa～45GPa压力范围内金属Bi的卸载粒子速度剖面,获得了Bi在该压力范围内的Hugoniot数据和高压声速。该方法克服了电探针法在测量低压Hugoniot数据时由于导通一致性差而不能准确得到冲击波速度的难题,同时又避免了精确测量样品中冲击波走时的问题。实验获得的冲击波速度(D)-粒子速度(u) Hugoniot数据表明,Bi在粒子速度u=0.9km/s附近D-u曲线发生了明显拐折,产生这一拐折的原因推测与冲击导致的Bi的固-液相变有关；而高压声速的测量结果表明,在16GPa冲击压力下Bi仍处于固相,但纵波声速已有向体波声速逼近的趋势,表明了冲击熔化即将在附近的压力范围内发生(4)基于热力学势函数的方法,计算得到了Bi的部分相图,并与实验结果进行了比较,结果表明多形相变信息同计算结果符合较好,但熔化相变信息同相图存在一定差异。本论文由冲击实验结合理论计算得到了Bi的低压相变起始压力和高压熔化压力区间,建立的研究方法和思路对于发展反向碰撞技术、测量物质的Hugoniot数据、声速并由此进行高压相变研究具有重要意义。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-8
第一章绪论  8-21
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-20
  1.3 本文研究的主要内容  20-21
第二章冲击相变及其实验技术  21-35
  2.1 相变及其分类  21-23
  2.2 冲击相变实验技术  23-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章金属Bi的冲击相变实验研究  35-57
  3.1 冲击加载波剖面测量实验  35-40
  3.2 斜波加载波剖面测量  40-43
  3.3 冲击卸载波剖面测量  43-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章金属Bi的多相物态方程计算及讨论  57-64
  4.1 热力学计算  57-63
  4.2 本章小结  63-64
第五章全文总结  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-73
攻读硕士学位期间发表(已接收)的论文  73

金属铋的冲击相变与多相物态方程研究

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