金屬鉍的沖擊相變與多相物態(tài)方程研究.pdf

1、沖擊相變是沖擊波物理研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。研究物質(zhì)在沖擊加載下的相變特性，對(duì)于構(gòu)建物質(zhì)的完全物態(tài)方程具有重要意義，對(duì)于材料科學(xué)和地球物理學(xué)等研究也有著重要的推動(dòng)作用。
　　金屬鉍(Bi)是一種具有復(fù)雜相圖的金屬，存在復(fù)雜的多形相變和反常熔化特性。有關(guān)Bi的多形相變的研究，國外已經(jīng)做了不少報(bào)道，但是從動(dòng)高壓和靜高壓獲得的數(shù)據(jù)存在較大分歧;而Bi的高壓熔化研究還處于起步階段，因而通過對(duì)Bi的多形相變和熔化研究，對(duì)于認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多形相變、熔

2、化特性，構(gòu)建完全物態(tài)方程具有重要意義。
　　本文以實(shí)驗(yàn)為主，結(jié)合理論分析，研究了金屬Bi在沖擊加載下的相變特性。主要內(nèi)容和研究成果歸納如下:
　　(1)利用激光干涉測試技術(shù)(DISAR)，采用正向碰撞法開展了3GPa壓力附近金屬Bi的加載粒子速度剖面測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地顯示出多波結(jié)構(gòu)，獲得了Bi的彈塑性、BiⅠ-BiⅡ和BiⅡ-BiⅢ相變信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同Asay等報(bào)道的結(jié)果較一致。
　　(2)利用熔石英作為斜波發(fā)生器進(jìn)

3、行準(zhǔn)等熵加載，通過加載應(yīng)變速率的控制以展寬加載上升前沿，研究加載應(yīng)變速率對(duì)相變壓力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低壓下應(yīng)變率對(duì)相變壓力的影響較小。
　　(3)通過反向碰撞法測量了10GPa～45 GPa壓力范圍內(nèi)金屬Bi的卸載粒子速度剖面，獲得了Bi在該壓力范圍內(nèi)的Hugoniot數(shù)據(jù)和高壓聲速。該方法克服了電探針法在測量低壓Hugoniot數(shù)據(jù)時(shí)由于導(dǎo)通一致性差而不能準(zhǔn)確得到?jīng)_擊波速度的難題，同時(shí)又避免了精確測量樣品中沖擊波走時(shí)的問題。實(shí)

4、驗(yàn)獲得的沖擊波速度(D)-粒子速度(u) Hugoniot數(shù)據(jù)表明，Bi在粒子速度u=0.9km/s附近D-u曲線發(fā)生了明顯拐折，產(chǎn)生這一拐折的原因推測與沖擊導(dǎo)致的Bi的固-液相變有關(guān);而高壓聲速的測量結(jié)果表明，在16GPa沖擊壓力下Bi仍處于固相，但縱波聲速已有向體波聲速逼近的趨勢(shì)，表明了沖擊熔化即將在附近的壓力范圍內(nèi)發(fā)生。
　　(4)基于熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)的方法，計(jì)算得到了Bi的部分相圖，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明多形相變信息