在兆巴压力下金属卸载熔化相变的直接观测及其动力学研究

论文摘要

金属冲击熔化线测量一直是动高压研究领域中一个重要的研究课题,在此方面的实验和理论研究工作已经持续了几十年。但在实验条件的控制和理论分析方面还存在一些问题未解决,所以人们对此类实验结果的一致性还未形成共识。目前在动高压领域,测量金属熔化线的方法主要包括冲击熔化和卸载熔化两种方法。其中卸载熔化温度测量主要是借助于金属／窗口界面温度,再获得熔化温度。该研究工作在两个方向取得进展：一是从实验方法上改善金属与窗口之间的接触状况以获得无异常辐射尖峰的真实界面辐射信号；二是从理论方法上建立热传导模型对发生在界面处的物理过程给出正确描述。本文通过改进样品制备技术,可重复地获得了无异常尖峰的界面辐射信号,在冲击-卸载熔化压力附近研究了铁／蓝宝石界面辐射特性和界面温度历史,并研究了卸载熔化效应与界面温度历史的关系。论文在以下几个方面取得具有一定创新性结果：（1）基本解决了理想接触界面制备问题。本文对金属样品进行了精细的抛光处理,并采用多点同时压靶的方式,先后在多个压力点获得了无尖峰界面辐射信号,基本实现理想接触界面制备过程的可重复性。（2）直接观测到由金属熔化相变引起的金属／界面温度变化特征。当金属样品冲击-卸载以后,如果其内部无熔化相变时,界面辐射及界面温度稳定;而当金属样品内部有熔化相变发生时,界面辐射及界面温度呈现不稳定特征：发射率随时间增加同时界面温度缓慢降低。此现象在以往的研究中少见报道。（3）建立了熔化相变-热传导耦合模型,解释了实验观测结果。本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释。理论计算所给出的温度变化趋势与实验观测结果一致,据此估计出高温高压下铁熔化相变的成核速率和核长大速率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究铁的高压熔化相变的科学意义
• 1.2 金属冲击-卸载熔化相变的研究历史及现状
• 1.2.1 金属的冲击-卸载温度测量技术发展历史
• 1.2.2 金属冲击-卸载熔化现象研究历史
• 1.3 存在问题和本文解决思路
• 1.3.1 问题归纳
• 1.3.2 解决问题的思路
• 第2章 冲击加载-卸载原理和辐射测量方法
• 2.1 引言
• 2.2 气炮冲击波技术简介
• 2.2.1 二级轻气炮工作原理
• 2.2.2 弹速测量方法
• 2.2.3 样品及窗口的相关参数
• 2.3 冲击加载-卸载过程分析
• 2.3.1 飞片碰撞基板过程
• 2.3.2 样品的冲击加载过程
• 2.3.3 冲击波在"样品/窗口"界面的等熵卸载过程
• 2.3.4 冲击-卸载路径讨论与分析
• 2.4 光辐射测量方法简介
• 2.4.1 辐射高温计测试系统
• 2.4.2 实验数据处理及误差分析
• 第3章 相变动力学理论简介
• 3.1 引言
• 3.2 相变动力学
• 3.2.1 等温相变动力学
• 3.2.2 变温相变动力学
• 3.3 形核机理简介
• 第4章 卸载过热熔化与界面热驰豫理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 传统热传导模型
• 4.3 相变动力学-热传导耦合模型
• 4.4 相变动力学特性与界面温度关系
• 第5章 样靶制备与光路标定技术
• 5.1 引言
• 5.2 实验原理与方法
• 5.3 系统现场标定法
• 5.4 表面抛光技术
• 5.5 压靶方法
• 5.6 杂散光屏蔽方法
• 5.7 传输媒介保护方法
• 第6章 界面温度测量结果和熔化相变动力学特性分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 计算结果与实验结果的比较
• 6.4 本章小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文