2007年  21卷  第3期

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研究论文
高压下岩盐矿和单斜结构AgCl的电子行为
王佐成, 车立新, 李岩, 崔田, 张淼, 牛英利, 马琰铭, 邹广田
2007, 21(3): 225-230 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.001
摘要:
利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,计算了AgCl在高压下的结构行为和电子性质,交换关联函数采用广义梯度近似(GGA)。通过比较焓随压力的变化关系,从理论上确定了AgCl从岩盐矿结构相变到单斜结构的转变压强。预测了这两种结构在布里渊区中的价带顶和导带底的位置,结果表明:盐岩矿和单斜结构的AgCl都是具有间接带隙的半导体。还计算了这两种结构的带隙和电子态密度随压强的变化情况,发现在这两种结构相变之前都不会发生金属化转变。电荷转移研究发现,随着压强的增加,Ag原子和Cl原子之间成键的共价性增强,离子性减弱。
球形钨合金破片空气阻力系数实验研究
谭多望, 王广军, 龚晏青, 高宁
2007, 21(3): 231-236 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.002
摘要:
实验研究了理想球形钨合金破片和经历爆轰驱动的球形钨合金破片长距离飞行时的速度衰减规律。实验结果表明:(1)对于理想球形钨合金破片,在同一初始速度条件下,衰减系数为常数,空气阻力系数与初始速度有关,两者成线性关系;(2)对于经历爆轰驱动的球形钨合金破片,由于有轻微的质量损失和变形,速度衰减规律与理想球形钨合金破片有明显的区别,空气阻力系数与飞行速度有关,两者成线性关系。
六角相硼碳氮化合物的合成研究
李雪飞, 张剑, 沈龙海, 杨大鹏, 崔启良, 邹广田
2007, 21(3): 237-241 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.003
摘要:
以三聚氰胺和氧化硼为原料,利用真空热处理和高温高压技术,对BCN化合物的形成及结构进行了研究。在真空条件下,原料经1 100 K热处理得到非晶BCN的前驱物,将前驱物在5.0 GPa、1 500 K条件下高温高压热处理30 min,合成出了单相的六角BCN晶体。采用Materials Studio软件的Reflex模块对样品的X射线衍射图谱进行分析,结果表明,得到的样品为纯的六角相,晶格常数为a=0.250 5 nm,c=0.665 9 nm。对样品进行了透射电镜(TEM)分析,得到了样品的形貌和电子衍射,同样证实了样品为六角BCN晶体,晶粒尺寸约200 nm。对样品进行了XPS表征,确定了样品中存在CC、CN、CB、NB键,表明B、C、N三元素之间达到了原子级化合,样品的组分含量通过EDX进行标定。
卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究
周宁, 任辉启, 沈兆武, 何祥, 刘瑞朝
2007, 21(3): 242-248 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.004
摘要:
用头部曲率半径为4.0、直径100 mm、质量为25 kg的卵形弹丸对混凝土进行侵彻实验,并测试了炮膛内和侵彻过程中弹丸的加速度时程曲线。实验用混凝土靶的抗压强度为35 MPa,密度为2 450 kg/m3,有3 m3 m3 m和2 m2 m2 m两种尺寸。测试弹丸发射和侵彻过程加速度的记录系统刚性固结于弹丸内部。弹丸侵彻初速在310 m/s至632 m/s之间,弹丸的峰值过载在12 000 g到22 000 g之间。实验后将测试的侵彻深度、侵彻过程弹丸的加速度时程曲线与用Forrestal 的理论模型计算得到的结果进行了比较分析。实验结果对认识侵彻的整个过程和相关弹药的设计有重大意义。
高压烧结法合成致密纳米BaTiO3陶瓷结构和铁电性能研究
李鹏飞, 靳常青, 肖长江, 潘礼庆, 王晓慧
2007, 21(3): 249-252 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.005
摘要:
在6 GPa压力、1 000 ℃温度条件下制备了致密的纳米BaTiO3陶瓷,合成样品的平均晶粒尺寸为50 nm,理论密度在97%以上。通过介电测量,观察到了样品宽化的相变峰,它与粗晶陶瓷的相变峰大不相同。由于90电畴的减少和退极化场的存在,观察到了细长的电滞回线,它是样品铁电性存在的有力证据,表明钛酸钡陶瓷的临界尺寸在50 nm以下。
一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟
柏劲松, 唐蜜, 华劲松, 李平, 谭华
2007, 21(3): 253-258 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.006
摘要:
以流体比容方法和三阶PPM方法为基础,给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM。利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认,获得了较好的数值模拟结果(其中最大相对误差为1.07%),同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟,计算结果与实验结果相差1.04%。为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量,提出了一种带汇聚型的改进装置设计,并给出了相应的数值模拟结果。
PbMoO4原位高压拉曼光谱和电导率的研究
于翠玲, 于清江, 高春晓, 刘鲍, 贺春元, 黄晓伟, 郝爱民, 张冬梅, 崔晓岩, 刘才龙,
2007, 21(3): 259-263 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.007
摘要:
钼酸铅(PbMoO4)具有高的声光品质因数、低的声损耗、良好的声阻抗匹配等性质,被广泛应用于声光偏转器、调制器、可调滤光器、声表面波器件等各类声光器件,其优异的低温闪烁性能亦引起人们的注意,具有在核设备方面的应用潜力。为探讨其晶体结构和物理性质,在金刚石对顶砧上原位测量了PbMoO4的拉曼光谱,并测量了其在几个不同压力点下电导率随温度的变化。实验发现,压力在12.5 GPa时,拉曼峰完全消失,说明压力在10.8~12.5 GPa之间PbMoO4样品出现了非晶态转变。当从26.5 GPa卸压到9.4 GPa时,PbMoO4的拉曼谱在低波数出现无序化,而在2.4 GPa压力下858 cm-1峰又重新出现,说明样品结构由无序向晶化回复。压力在10.8 GPa以上时,电导率随着温度的增加而显著增加,且随着压力的增加也明显增加。
斜锆石(ZrO2)高温高压相变的Raman光谱研究
张红, 肖万生, 谭大勇, 罗崇举, 李延春, 刘景
2007, 21(3): 264-268 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.008
摘要:
以Ar作压力介质,在0~23 GPa压力范围内,利用金刚石压腔装置(DAC)和激光加温技术,采用显微拉曼光谱进行原位测试,对处于准静水压力条件下的斜锆石开展高温高压相变研究。研究结果表明:室温下斜锆石ZrO2于3.4 GPa时开始发生相变,到10.4 GPa时其明显转变成一个空间群为Pbca的斜方相。此新相随着压力升高,直到15.3 GPa,仍稳定存在。通过研究,首次获得了Pbca相的拉曼谱图。随后在15.3 GPa压力下进行了激光加温后淬火,结果发现,加热前的Pbca相又转变成了空间群为Pnam的PbCl2结构类型的高压相,该相直到实验最高压力23 GPa仍稳定存在。
对爱因斯坦模型的修正及考虑热效应的三个通用状态方程
张超, 孙久勋, 田荣刚, 李明
2007, 21(3): 269-278 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.009
摘要:
对固体考虑热效应的爱因斯坦模型进行了修正。指出考虑热效应的通用状态方程中不应该包含零点振动项,方程参数不应该直接取为参考温度下的实验值VR,BR,BR和GR,而应该取为零温下的数值V0,B0,B0和G0;提出了一种从VR,BR,BR和GR求解V0,B0,B0和G0的方法。将提出的方法应用于三个典型的通用状态方程,包括Baonza、mMNH和Vinet方程。数值结果表明,利用相同的实验参数对三个方程解出的参数,以及预测的零压和低压下的热物理性质差异很小,而且都与实验数据符合很好。这些结果表明,在零压和低压下预测热物理性质的精确度不足以用来判断各种通用状态方程的适用性。
高压下天然顽火辉石能量色散X射线粉末衍射研究
马麦宁, 周文戈, 刘景, 李延春, 李晓东
2007, 21(3): 279-282 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.010
摘要:
在北京同步辐射装置(BSRF)高压站对采自于河北大麻坪的天然顽火辉石,在室温高压(0~31.64 GPa)下,利用金刚石压腔装置(DAC),进行了能量色散X射线粉末衍射(EDXD)原位测量,得到了顽火辉石在不同压力下的衍射图谱,并利用UnitCell软件进行解谱,获得了其晶胞参数a、b、c和晶胞体积V及其随压力的变化,最后利用Murnaghan等温方程得到了天然顽火辉石的体积模量KT(0)=172 GPa、压缩系数及p-V状态方程,发现沿a、b、c三方向的压缩系数存在明显的各向异性,结果与斜方辉石的弹性波速各向异性完全一致。
高温高压下冲击波淬火的锆基大块金属玻璃的相演化过程研究
杨超, 陈维平, 战再吉, 蒋建中
2007, 21(3): 283-288 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.011
摘要:
采用同步辐射能散X射线衍射技术,研究了高温高压下利用冲击波淬火技术制备的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块金属玻璃的相演化过程。研究结果发现:在实验压力范围内,在不同压力下试样具有相同的初始析出相Zr2Be17,但是随后的相演化过程是不同的,根据应用压力的不同,试样的相演化过程可以分为3个不同的区域;另外,试样的晶化温度随着压力的增大而升高,但是在6.0 GPa存在一个突然的下降,在此压力点试样具有不同于其它压力点的相演化过程。相演化过程的不同和晶化温度的突然下降,可能归因于在不同压力下试样具有不同的原子构型。
高应变率下硅橡胶的本构行为研究
林玉亮, 卢芳云, 卢力
2007, 21(3): 289-294 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.012
摘要:
硅橡胶是一种高分子聚合物,可以承受大变形,用途广泛。利用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,对硅橡胶试样进行了不同应变率下的冲击压缩实验,基于实验数据,利用应变能函数构建了考虑应变率效应的材料本构形式。同时,实验过程中发现,在高应变率加载条件下,材料在压缩变形后出现了损伤线区,线区直径与加载应变率及试样尺寸之间存在一定的定量关系。
片状h-CN化合物的高温高压化学合成与表征
杨大鹏, 李英爱, 杜勇慧, 苏作鹏, 吉晓瑞, 杨旭昕, 宫希亮, 张铁臣
2007, 21(3): 295-298 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.013
摘要:
以高温烧结三聚氰胺制得的CNH化合物为C、N源,与分析纯单质硼粉以一定比例混合,在5.0~5.5 GPa、1 400~1 500 ℃高温高压条件下,经化学反应合成了六角硼碳氮(h-BCN)晶体。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对产物进行了表征,结果表明,得到了含碳量较高的六方结构B0.18C0.66N0.16化合物,成分接近于BC4N,硼、碳、氮是以原子化合的形式存在;XRD分析确定该合成产物具有六角网状结构;SEM测量结果表明,B-C-N晶体具有片状六角形貌,尺寸在1 m左右。
高压下氧化镉弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理研究
何开华, 郑广, 陈刚, 吕涛, 万淼, 向东, 姬广富
2007, 21(3): 299-304 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.014
摘要:
运用基于密度泛函理论的平面波赝势方法(PWP),计算研究了氧化镉NaCl结构(B1结构)和CsCl结构(B2结构)在不同压力条件下的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质。交换关联能分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)。通过比较计算和实验得到的晶格常数和体模量不难发现,LDA的计算结果更符合实验值。在高压的作用下,两种结构的导带能级有向高能级移动的趋势,而价带能级有向低能级移动的趋势,因此直接带隙变大。同时,对照态密度分布图及高压下能级的移动情况,分析了CdO两种结构在高压作用下的光学性质。
Eu3+离子掺杂钛酸盐纳米管的直接水热合成与发光性能
宋功保, 王美丽, 苗兰冬, 李健, 张宝述
2007, 21(3): 305-310 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.015
摘要:
采用纳米管制备和离子掺杂同步进行的直接水热合成方法,合成了纯钛酸盐纳米管(TNT)和Eu3+离子掺杂的纳米管(TNT-Eu);并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光致发光谱仪研究了纳米管的形貌特征、物相组成、热稳定性和发光性能。结果显示:这种方法简便易行、稳定性好、产率高。钛酸盐纳米管物相可近似表示为(H,Na)2Ti3O7或(H,Na)2(Ti,Eu)3O7。高温处理对钛酸盐纳米管的结构产生很大的影响,450 ℃下纳米管的层状结构被破坏,晶体结构转化为锐钛矿型的TiO2。TNT-Eu样品的发光性能较强,出现的393.5 nm、593 nm、614 nm的谱带归属于5D0-7F1和5D0-7F2电子的跃迁。
球弹丸超高速碰撞双层板防护结构撞击极限分析
丁莉, 张伟, 庞宝君, 李灿安
2007, 21(3): 311-315 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.016
摘要:
防护结构的撞击极限是空间防护领域的重要研究内容。基于对理想弹塑性薄板的分析,得到了双层板结构的撞击极限方程。所得方程适用于球形弹丸超高速正撞击双层板结构的情况,分析时采用了Rayleigh-Ritz法及Tresca屈服准则。为验证方程的有效性,对实验进行了预报分析,并且与已有的经验方程的撞击极限曲线进行了对比。结果发现,方程预测结果的准确率为80%,且所得的撞击极限曲线与已有的经验方程曲线吻合得很好。
金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响
唐达培, 高庆, 吴兰鹰
2007, 21(3): 316-321 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.017
摘要:
采用有限元方法对钼基体上不同厚度(20~1 000 m)金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析,得出了它们在膜内分布的等值线图,研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响。结果表明:在整个膜内,最大主拉应力的位置出现在膜的表面、界面或侧面,其值随膜厚度的增加而增大;在界面处,最大轴向应力随膜厚度的增加而增大,而最大径向压应力、最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小,其中最大剪应力减幅较小;膜厚度越大时,以上各量随厚度增(减)的速度越慢。其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度、有效地进行应力控制有一定的参考价值。
研究简报
PZT95/5粉体的冲击合成反应机理初探
王军霞, 杨世源, 贺红亮, 王进
2007, 21(3): 322-326 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.018
摘要:
采用柱面冲击波回收装置,通过炸药爆轰产生的冲击波作用于Pb4O3、ZrO2和TiO2混合物粉体以合成PZT95/5粉体。通过对回收粉体进行的X射线衍射(XRD)分析,并结合冲击波理论,从实验和理论两个方面探讨了PZT粉体的合成机理和过程。结果表明,PZT的合成反应与Pb3O4的分解反应几乎同时进行,由于冲击波的特殊性,系统的温度和压力能同时满足Pb3O4分解和PZT合成的反应热力学条件,由Pb3O4分解的PbO一旦形成,就立刻与ZrO2、TiO2等氧化物反应生成PZT;冲击波合成PZT粉体属于特殊的固相反应,物质的扩散速度和反应速度大大提高。
金属材料再加载准弹性响应的实验验证
宋萍, 周显明, 袁帅, 李加波, 汪小松
2007, 21(3): 327-331 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.019
摘要:
用波反射法设计了一维应变冲击实验,由时间分辨VISAR系统(Velocity Interferometer System for Any Reflection)测量了镁铝合金的冲击-再加载速度波剖面。结果显示,在排除窗口反射稀疏波的情况下,从24 GPa冲击态开始的再加载存在明显的准弹性响应,证实了Asay等报道的二次压缩准弹性响应是材料本征特性。并对金属材料高压本构参量实验测量的关键技术进行了探讨。
0.1~3 000 MPa下碳化硅顶砧拉曼光谱作为压力计的研究
瞿清明, 郑海飞
2007, 21(3): 332-336 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.020
摘要:
利用Mao-Bell型水热金刚石压腔,以6H型碳化硅晶体作为顶砧,在常温下对碳化硅顶砧的不同点位进行拉曼光谱的原位测量,探讨了在一定条件下利用碳化硅顶砧的969拉曼峰位移作为压力标定的可行性、所具有的优点及需要改进的方面,并且得到了室温下的压力测量公式。