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LiTaO_3单晶用作测量Fe冲击温度窗口材料可行性的探索

作　者: 周显明
导　师: 经福谦
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 凝聚态物理
关键词: 冲击温度透光性冲击特性铁钽酸锂
分类号: TB302
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 127次
引　用: 4次
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内容摘要

冲击温度测量是物态方程及高压相变测量中的一项至关重要的课题。迄今，人们对高温高压条件下凝聚态物质（特别是非透明材料）的冲击温度测量技术已经开展了大量的实验和理论研究，但目前并未完全解决，实验技术及其理论建模都有待新的发展或突破。在用辐射法的测温技术中，窗口材料在高温高压条件下的透明性问题是目前特别关注和急需解决的问题，因为它直接关系到对热辐射信号波形的正确解读。在通常采用LiF及蓝宝石单晶作窗口材料测量中等波阻抗样品（ρ0～7.0g／cm³）冲击温度的实验中，在样品／窗口两侧一般都存在明显的力学阻抗失配和温度失配问题。本文通过对LiTaO₃（钽酸锂）单晶（初始密度为：7.46g／cm³）的高压冲击下透光性和高压冲击压缩线进行测量，用于探索一种新的高密度窗口材料，并尝试用于铁冲击温度测量中，以减小上述两种“失配”的程度。在35mm内径二级轻气炮上，采用高速电子相机扫描照相技术，对LiTaO₃、LiF和蓝宝石单晶的高压冲击下的透光性进行了比较测量。通过改进的Mallory实验测量技术，实验获得的LiF单晶时间扫描照片清楚地表明，在约102GPa冲击压强下LiF透光性在足够长的时间内基本不变，这与长期以来人们对LiF单晶在高压下具有良好透光性的共识是又一次的实验支持。研究结果还表明，LiTaO₃和蓝宝石单晶材料在实验压力（分别为～140GPa和～130GPa）下亦能保持约300ns时间的透光性，然后才逐渐变成不透明。为了估算LiTaO₃单晶与铁的冲击阻抗失配与温度失配程度，在77～227GPa压力范围内，测得了LiTaO₃单晶冲击压缩性数据。测量结果为：C₀=（3.53±0.24）km／s，λ=1.317±0.086；其冲击阻抗高于常用窗口材料LiF和Al₂O₃的冲击阻抗，与Fe的冲击阻抗比较接近（比后者略低），与Sn和Zn的十分接近。上述数据可供用它作测量不透明材料冲击温度窗口材料时进行阻抗失配和温度失配分析时的依据。对中等阻抗的Fe样品而言，采用LiTaO₃作窗口材料可与Fe样品实现良好的冲击阻抗和冲击温度匹配，有利于对Fe的冲击温度进行精密化测量。根据以上分析，本文用LiTaO₃作窗口材料，对铁样品冲击温度进行了测量。初步的测量结果表明，实验测得的Fe冲击温度与前人报道的测量数据的吻合性较好，说明本文提出的用LiTaO₃单晶做测量Fe中冲击温度窗口材料的技术设想是合理的和可行的。但是应该强调指出，尽管有前人数据支持了本文数据的合理性，但本文结果的重要 LITaO3单晶用作测量Fe冲击温度窗口材料可行性的探索意义在于:它是在样品组件中冲击阻抗和温度失配程度最低条件下取得的，故本文数据理应具有较高的置信度，这正是本文对冲击温度测量发展的价值所在。但是，尽管本文得到了如上所说的结果，由于受到时间限制，实验数量和压力点选择极为有限，所以本文的工作还是相当初步的，有不少尚待完善的工作。比如，就窗口材料冲击透光性来讲，本文仅对三种材料在个别压力点进行了初步的定性的测量，对更高压力点上的实验测量也是很需要的，等等。

LiTaO_3单晶用作测量Fe冲击温度窗口材料可行性的探索

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