2007年  21卷  第1期

显示方式:
研究论文
立方氮化硅及其冲击波合成
贺红亮
2007, 21(1): 1-7 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.001
摘要:
立方氮化硅是高温高压研究近期合成得到的一种新物相,与已经在工业上普遍使用的氮化硅的两种六方物相(相和相)相比,新物相的密度增加了26%,预期是一种新型功能材料。简要综述了立方氮化硅的研究进展和存在的问题,讨论了立方氮化硅的人工合成和相关物性研究、Ⅳ(A)族氮化物(Ge3N4、Sn3N4、C3N4)的高密度物相研究,以及后尖晶石相氮化物的实验和理论探索等问题。介绍了作者最近利用炸药爆轰加载技术开展的冲击波合成实验结果,以相氮化硅为冲击压缩前驱体,实现了在单次冲击波压缩实验中合成出了克量级立方氮化硅粉体,为进一步开展立方氮化硅的性能研究奠定了基础。
高温高密度氢(氘)的物态方程离解效应研究
田春玲, 经福谦, 顾云军, 蔡灵仓, 刘福生
2007, 21(1): 8-14 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.002
摘要:
高温高压下流体氢将发生离解化学反应,形成具有相互作用的氢分子和氢原子混合体系,此时粒子间的相互作用复杂。利用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型,将混合物粒子间的相互作用等效为单组分粒子间相互作用,从而简化了对体系的统计热力学处理;并由自由能函数极小化确定化学平衡时各组分含量、体系的内能、压强。研究了温度在10 000 K以下、密度在0.6 g/cm3以下(相应摩尔体积大于3.3 cm3/mol)区间的热致离解和压致离解现象对流体氢(氘)状态方程的影响。所得结果与双组分流体变分理论计算以及第一原理的分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟结果以及二级轻气炮实验数据进行了比较,它们之间的一致性表明:用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型处理氢(氘)分子的离解区域的物态方程是成功的。
0212型Ca3Cu2O4+Cl2-y化合物高温高压合成与研究
杨达晓, 刘清青, 高伟波, 于文, 李凤英, 靳常青
2007, 21(1): 15-19 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.003
摘要:
利用顶角氧掺杂机制,即以二价氧部分替代顶角一价氯,用Ag2O做氧源,在高温高压下制备了单相的Ca3Cu2O4+Cl2-y样品。X射线衍射分析发现,随着Ag2O含量的增加,Ca3Cu2O4+Cl2-y样品的晶格常数a逐渐变小,c逐渐增大,体现了空穴掺杂的本质。进行了电阻率和磁化率测量,没有发现超导性,可能是空穴载流子没有达到合适的浓度所致。
PBX代用材料动态力学行为和微观结构的实验研究
张鹏, 赵峰, 白树林, 傅缤, 张国华
2007, 21(1): 20-28 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.004
摘要:
研究了固体炸药PBX代用材料D-90031的微观结构、压制过程中产生的原生缺陷形态,以及动态力学行为和破坏特征。采用数字图像分析技术、纳米力学测试系统,以及分离式霍普金森压杆(SHPB)实验和落锤冲击技术,获得了微观结构特点、各组分的硬度和弹性模量、动态性能,以及碎片的尺寸分布规律和材料的破坏形式。研究发现,晶粒的形态随外载的作用而改变,晶粒沿垂直加载方向伸长,材料的碎块尺寸满足一定的规律。研究结果对于深入认识固体炸药的性能与微观结构的关系具有一定的指导意义。
不同粒径纳米晶硫化锌的高压结构相变研究
潘跃武, 于杰, 崔启良, 高春晓, 邹广田, 刘景
2007, 21(1): 29-34 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.005
摘要:
应用原位能量色散X射线散射和金刚石对顶砧技术,对纳米晶ZnS进行了高压结构相变研究。初始相为纤锌矿结构的10 nm和3 nm硫化锌分别在16.0 GPa和16.7 GPa时转变为岩盐矿结构,相变压力均高于纤锌矿结构的体材料硫化锌。该相变为一可逆的结构相变。应用大型科学计算软件Materials Studio(MS)计算了纳米晶ZnS的状态方程,根据Birch-Murnaghan方程拟合了纳米晶ZnS的零压体模量,得到的零压体模量高于相应体材料的零压体模量,表明纳米晶ZnS较难压缩。
冲击加载下20钢中弹性前驱波衰减与应力松弛行为实验研究
王永刚, 贺红亮
2007, 21(1): 35-39 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.006
摘要:
通过改变样品厚度,对平面冲击加载下20钢的弹性前驱波的波幅衰减和应力松弛进行了实验研究。采用激光速度干涉测速仪(VISAR)实测了样品后自由面速度历史,采样频率达到1 ns,保证了实验结果的准确性。实验结果显示:Hugoniot弹性极限随着传播距离呈指数衰减,在所研究的样品厚度范围内,Hugoniot弹性极限减小了44%;应力松弛行为和弹性前驱波的上升沿时间也依赖于传播距离;冲击加载的强度对材料动态屈服行为的影响很小。
高压下铁的电导率及X射线衍射研究
黄伟军, 崔启良, 毕延, 周强, 邹广田
2007, 21(1): 40-44 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.007
摘要:
用四点电极法及磁控溅射结合光刻集成电极的方法,测量了铁在25 GPa压力下的电阻随压力的变化;用微区X射线衍射仪原位测量了铁在25 GPa压力下晶胞参数随压力的变化关系。实验结果表明,铁在13.7 GPa时发生相变,由体心立方相转变为六方密堆相,在18.1 GPa时相变结束。利用高压下铁的电阻数据,结合X射线衍射结果,推导出铁的电导率随压力的变化关系。
顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义
杨金科, 龚自正, 邓力维, 张莉, 费英伟
2007, 21(1): 45-54 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.008
摘要:
用阻抗匹配法和电探针技术在48~140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg0.92, Fe0.08)SiO3、初始密度为3.06 g/cm3的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据,结合McQueen等人的数据可以看出,(Mg0.92, Fe0.08)SiO3顽火辉石在冲击压缩过程中,大约经历三个明显区域:低压相区,压力范围为0~40 GPa;混合相区,压力范围为40~67 GPa;高压相区,压力范围为68~140 GPa。在低压相区,D-u关系已由McQueen给出;而在高压相区(68~140 GPa),可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg0.92, Fe0.08)O(Mw)+SiO2(St)的D-u关系及p-关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线,从而排除了在高达140 GPa冲击压力下,钙钛矿结构的(Mg0.92, Fe0.08)SiO3发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合,可以得到(Mg0.92, Fe0.08)SiO3钙钛矿的Grneisen参数。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程,由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K0S=4.20(5),其0=4.19 g/cm3。(Mg0.92, Fe0.08)SiO3钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好,支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。
高温高压下掺杂N型PbTe的热电性能
宿太超, 朱品文, 马红安, 任国仲, 郭建刚, 今井义雄, 贾晓鹏
2007, 21(1): 55-58 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.009
摘要:
以Sb2Te3作为掺杂剂,利用高温高压技术,成功合成出N型PbTe。在常温下对其热电性能的测试结果表明:掺杂微量的Sb2Te3后,PbTe的赛贝克系数绝对值和电阻率大幅度下降,热导率随掺杂浓度的增加缓慢升高。掺杂后PbTe的品质因子先大幅度增加,后逐渐降低,最高达到8.710-4 K-1,它比常压合成的PbTe掺杂PbI2高一倍以上。结果表明,将高温高压方法与掺杂相结合,能有效地改善PbTe的热电性能。
沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制研究
邓小良, 祝文军, 贺红亮, 伍登学, 经福谦
2007, 21(1): 59-65 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.010
摘要:
用分子动力学方法计算模拟了沿〈111〉晶向冲击加载过程中,单晶铜中纳米孔洞(直径约1.3 nm)的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果表明,在沿〈111〉晶向冲击加载后,在面心立方(fcc)结构中的4族{111}晶面中有3族发生了滑移。伴随孔洞的增长,在所激活的3族{111}晶面上,观察到位错在孔洞表面附近区域成核,然后向外滑移,其中在剪切应力最大的〈112〉方向上,其位错速度超过横波声速,其它〈112〉方向的位错速度低于横波声速。模拟得到的位错阻尼系数范围与实验值基本符合。由于孔洞周围产生的滑移在空间比较对称,孔洞增长形貌接近球形。在恒定的冲击强度下,孔洞半径增长速率近似保持恒定,其速率随着冲击强度的增加而增大。
并联铁电体冲击去极化输出电流实验和计算
陈朗, 滕晓琴, 鲁建英, 冯长根
2007, 21(1): 66-70 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.011
摘要:
为分析不同数量铁电体的输出电流特征,进行了多片并联PZT95/5铁电体冲击去极化实验,测量了电阻负载下铁电体的输出电流;建立了并联铁电体输出电流的计算模型,计算了并联铁电体的输出电流。通过比较计算和实验结果,分析了铁电体数量和冲击波状态对铁电体输出电流的影响。结果表明:若进入铁电体的冲击波为平面波,铁电体输出电流的波形接近方波,电流峰值随铁电体并联数量的增加成比例增加,冲击波波形和侧向稀疏波对铁电体输出电流波形和去极化率有很大的影响。
损伤度函数模型用于3种钢层裂的二维数值模拟
裴晓阳, 李平, 董玉斌
2007, 21(1): 71-76 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.012
摘要:
把损伤度函数模型嵌入到二维有限元程序DEFEL中,并对3种钢(HR-2钢、2169钢及45钢)的平板撞击层裂实验进行了数值模拟,在模拟中计及材料的屈服硬化效应和Bauschinger效应的影响,较好地再现了实测自由面的速度历史,同时给出了样品中的损伤分布及其发展。在数值模拟中发现,断裂面附近所受最大拉应力介于由声学近似解析计算的层裂强度和从三项式固体状态方程出发得出的断裂理论值之间,并对三者之间的差异作了分析,表明数值模拟结果是合理的。
激波管内燃料两相云雾爆轰的实验研究
姚干兵, 解立峰, 刘家骢
2007, 21(1): 77-82 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.013
摘要:
在立式激波管中采用压力传感器和烟迹技术实测了6种碳氢燃料(环氧丙烷、硝酸异丙酯、C5~C6、己烷、庚烷和癸烷)与空气混合物的临界起爆能和爆轰波胞格尺寸。结果表明,燃料气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈U形曲线关系,并且最敏感的起爆点在富燃料一侧,这与气相爆轰结论是一致的;由三波点运动的烟迹记录结果分析得出,雾滴的碎解、蒸发汽化过程以及燃烧区前导是控制气液两相云雾爆轰的作用机制。
研究简报
钽铌合金材料的冲击压缩特性研究
华劲松, 谷岩, 张世文, 王鹏来, 冯东升
2007, 21(1): 83-88 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.014
摘要:
对一种新型的钽铌合金材料进行了冲击压缩特性实验研究,通过超声测量得到了其常态下的横波和纵波声速,进而计算得到了其相关的一些静态力学参量。通过二级轻气炮加载技术,得到其在60~196 GPa压力范围内的冲击Hugoniot线。这一测量结果与混合物叠加法估算的结果符合较好,并将这种新型合金材料的力学特性与两种钨合金材料进行了简单对比。比较结果显示,Ta-Nb合金材料是一种具有较好工程应用前景的材料。
超高压和酶抑制剂联合处理对荔枝果肉中过氧化物酶和果胶甲基酯酶的影响
黄丽, 孙远明, 陈柏暖, 黄苇, 谌国莲
2007, 21(1): 89-94 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.015
摘要:
为了研究超高压与酶抑制剂联合处理对荔枝果肉中过氧化物酶(POD)和果胶甲基酯酶(PME)的影响,将荔枝(淮枝品种)果肉在两种酶抑制剂组合溶液(A:5 g/L柠檬酸+2.5 g/L L-抗坏血酸+5 g/L氯化钙;B:10 g/L柠檬酸+5 g/L L-抗坏血酸+10 g/L氯化钙)中分别浸泡10 min,并在100~400 MPa压力、10 ℃温度条件下处理30 min,采用分光光度法测定果肉中POD、PME的活性。结果表明:A、B两种组合处理能够明显钝化POD,但却显著激活了PME;超高压与A组合联合处理不能使POD、PME活性下降;超高压与B组合联合处理对POD、PME的影响与压力值有关系,100~300 MPa的超高压与B组合联合处理使POD活性下降,200~400 MPa的超高压与B组合联合处理则使PME活性升高。因此,超高压与酶抑制剂联合处理对荔枝果肉中POD的钝化存在一定的协同效应,且浓度越高,协同抑制效应越明显;而超高压与酶抑制剂联合处理对荔枝果肉中PME的钝化却表现出一定的拮抗性。
超高压对枯草杆菌胞外蛋白酶的影响
谢慧明, 黄训端, 潘见, 曾庆梅, 王海翔, 蒋业雷
2007, 21(1): 95-102 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.016
摘要:
以枯草杆菌为研究对象,采用Box-Behnken响应曲面设计,研究了超高压处理对枯草杆菌胞外蛋白酶的影响以及菌体致死与胞外酶的关系。结果表明,超高压能显著抑制枯草杆菌胞外蛋白酶的活性,处理过程中压力和温度是酶失活的主要因素,并且两者之间存在交互作用,超高压处理时温度协同有效。利用Design Expert软件建立了胞外蛋白酶超高压钝化模型,决定系数R2=0.974 7,调整决定系数R2,adj=0.942 1。方差分析表明,模型显著,可应用于钝化效果分析与预测。实验结果还表明,超高压处理后枯草杆菌的致死率与胞外蛋白酶活的变化相关性达到极显著水平(R=0.933 0),胞外酶可作为超高压处理对微生物影响的一个评价指标。
平衡炮实验弹丸膛内过载计算模型及应用
段吉员, 刘仓理, 王彦平, 于川
2007, 21(1): 103-107 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.017
摘要:
针对平衡炮的具体结构特点,为了精确计算弹丸膛内过载变化过程,利用经典内弹道法对某口径的平衡炮进行了仿真计算,得出了内弹道诸元随时间的变化曲线,再根据膛压与过载的关系,推导出了过载随时间变化的曲线图,理论计算与实验结果相吻合,该计算方法可为此类火炮的内弹道参数评估和弹丸设计提供依据。
平面冲击波高速撞击下Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的损伤与断裂
李强, 杨超, 战再吉
2007, 21(1): 108-112 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.018
摘要:
利用二级轻气炮研究了在平面冲击波高速撞击下,Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的损伤与断裂行为。实验结果表明:在高速冲击压缩下,大块非晶合金断裂面的角度小于通常压缩情况的角度,这是由高速撞击下材料极高的应变速率决定的;极高的应变速率变形和局域绝热剪切加热造成局部熔化;在温度和压力的共同作用下,非晶合金发生晶化现象。