鐵的高壓物態(tài)方程與熔化線研究.pdf

1、鐵的高壓物態(tài)方程與熔化線研究具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用背景，近20多年來一直是高壓科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要熱點課題之一。國內(nèi)外學(xué)者對此進行了大量的實驗和理論研究，取得了一系列進展，但還存在諸多值得進一步研究的問題，主要有：(1)通過靜高壓實驗技術(shù)取得的熔化溫度數(shù)據(jù)(在壓力＜105 GPa區(qū))與動高壓實驗技術(shù)(在壓力＞200 GPa區(qū))取得的熔化數(shù)據(jù)分布在不同的壓力區(qū)，兩者無法進行直接比較，若用外推法比較，發(fā)現(xiàn)兩者存在約1000 K的系統(tǒng)

2、偏差;(2)即使采用相同的實驗技術(shù)或理論計算模型，不同研究者所得鐵的高壓物態(tài)方程與熔化線的結(jié)果差異較大，外推到地球內(nèi)外核邊界(p=330GPa)處的熔化溫度值的差別亦相當(dāng)大。
　　 為了澄清和解決上述問題，設(shè)法構(gòu)建一條能在動、靜高壓測量的熔化數(shù)據(jù)共同約束和得到某些理論計算結(jié)果支持下的鐵的高壓熔化線是十分必要的。這就是本文試圖解決的的主要問題。為此目的，本文精心選定了兩組不同孔隙度的多孔鐵作實驗樣品(平均初始密度分別為6.275g

3、/cm3和6.903g/cm3)采用沖擊壓縮技術(shù)，測量了它們的Hügoniont物態(tài)方程和高壓聲速曲線；直接測量另兩種孔隙度鐵樣品(初始密度分別為6.175g/cm3和6.745g/cm3)的卸載熔化溫度；并結(jié)合前人發(fā)表的密實鐵的有關(guān)沖擊壓縮實驗測量結(jié)果及Grover液態(tài)金屬物態(tài)方程模型得到有創(chuàng)新意義的結(jié)果如下：
　　 1.為解決前人從密實鐵Hügoniont高壓聲速測量結(jié)果計算260GPa處鐵的熔化溫度數(shù)據(jù)時存在的問題，如沒有

4、考慮過熱熔化效應(yīng)的影響，或過熱熔化修正系數(shù)選擇的合理性等問題，本文借助Grover液態(tài)金屬物態(tài)方程模型，推導(dǎo)了一個新的計算方法，具體的計算結(jié)果是鐵在260GPa的熔化溫度為5362K。
　　 2.為突破過去采用密實鐵樣品，在動高壓下聲速測量技術(shù)只能取得一個壓力點的鐵的熔化溫度數(shù)據(jù)的局限性，本文采用兩種孔隙度鐵樣品(平均初始密度分別為6.275g/cm3和6.903g/cm3)進行聲速測量，確定出另兩個壓力點處的熔化溫度數(shù)據(jù)，它們

5、分別是(135.7GPa,4062K)和(87.1GPa,3421K)。在聲速測量的同一實驗中，亦獲得這兩種孔隙度鐵樣品的的Hügoniont物態(tài)方程參數(shù)。這是熔化線測量技術(shù)的一大進步。
　　 3.為了在動高壓測量中取得更多壓力點處的熔化溫度數(shù)據(jù)，我們借助譚華等人發(fā)展的卸載熔化溫度測量技術(shù)，采用另兩種孔隙度鐵樣品(初始密度分別為6.175g/cm3和6.745g/cm3)補充測得了兩個壓力點處的鐵的熔化溫度數(shù)據(jù)，它們是(72.8

6、 GPa,3448K)和(127GPa,3918K)。
　　 4.由于用密實鐵樣品求得的熔化溫度數(shù)據(jù)(260GPa，5362K)存在比較高的置信度，本文以此為參考點，借助Lindemann熔化定律，得到鐵的高壓熔化線，發(fā)現(xiàn)該熔化線能在實驗誤差范圍內(nèi)與2,3中給出的用多孔鐵樣品獲得的四個熔化數(shù)據(jù)點、譚華測量的卸載熔化溫度這些動高壓熔化數(shù)據(jù)相符，亦能與Shen和Ma的最新兩個靜壓熔化數(shù)據(jù)相符，以及多位作者給出的理論計算結(jié)果相符。以上