典型金属材料屈服强度的静高压实验研究

论文摘要

屈服强度的精密测量对于高压本构关系和物态方程（EOS）研究均有十分重要的意义。径向压力梯度法是三种金刚石压砧（DAC）加载屈服强度测量技术之一,在其它两种技术成功统一之后,传统的径向压力梯度法因其与其它两种技术之间存在的系统差异而被置疑。本文较为系统地推导了径向压力梯度法适用的应力平衡方程,并在深入分析该方法需要满足的实验条件的基础上,对传统技术进行了改进,并结合Mo的屈服强度测量对该技术进行了检验。本文的主要研究内容和研究成果包括;（1）传统径向压力梯度法中通常采用外加封垫,封垫材料的强度影响了压力分布的精确测量。本文改进的技术中,将样品和封垫设计为同一材料后,排除了异种材料制成的封垫高压下其强度对样品表面径向上压力分布的影响,测量的压力分布结果十分理想,有利于数据处理和精确求解最大压力梯度及其位置。（2）传统径向压力梯度法中,样品厚度采用了EOS修正方法计算。引入误差大于30%。本文改进的技术中,实现了样品厚度高压下的原位测量,测量误差小于3μm,最大相对误差小于16%。（3）在8 GPa以上,Mo-100、Mo-250和Mo-500（初始厚度分别为100μm,250μm和500μm）三种样品屈服强度的测量结果之间表现出了良好的一致性,没有出现过去实验中存在较大分歧的现象,屈服强度在宏观表象上与样品初始厚度无关,也和样品经历的大的塑性应变无关。（4）本文的测量结果为Y=0.48+0.14P,与Dufry等人侧向X射线衍射的测量结果Y=0.46+0.13P基本吻合,同时也和Bridgman的常压拉伸值0.7 GPa以及低压下的冲击波数据取得了良好的一致性。不同测量技术之间的一致性表明本文对实验技术改进是有效的,Mo屈服强度的测量结果是合理的。总之,本文通过对Mo采用改进的径向压力梯度法进行的实验研究,实现了三种静高压屈服强度测量技术实验结果的统一。至于对该结论的深入分析和解释,还需要进一步的实验和理论研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 屈服强度的研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 动高压实验技术
• 1.2.2 三种主要的静高压实验技术
• 1.2.2.1 径向压力梯度法
• 1.2.2.2 X射线衍射峰宽分析法
• 1.2.2.3 侧向X射线衍射晶格应变分析法
• 1.2.2.4 几种研究方法的比较
• 1.3 本文主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 径向压力梯度法的实验原理和方法改进
• 2.1 理论基础
• 2.2 传统实验技术中存在的问题
• 2.2.1 样品厚度的近似计算
• 2.2.2 封垫的影响
• 2.3 实验技术改进
• 2.3.1 样品厚度的原位测量
• 2.3.2 封垫技术的改进
• 参考文献
• 第三章 静高压实验设计
• 3.1 实验设计原则
• 3.2 DAC加载技术
• 3.3 压力测量
• 3.3.1 红宝石荧光压标
• 3.3.2 测压系统
• 参考文献
• 第四章 实验结果与分析
• 4.1 压力分布曲线与数据处理方法
• 4.1.1 压力分布曲线
• 4.1.2 数据处理方法
• 4.2 厚度测量结果
• 4.3 屈服强度测量结果
• 4.4 各种实验技术测量结果的比较
• 4.5 屈服强度与剪切模量
• 参考文献
• 第五章 全文总结与下一步设想
• 致谢
• 附录: 攻读学位期间发表的论文