材料的晶体结构稳定性及相变研究是物理学、材料学、力学等学科共同关注的热点问题,尤其是在冲击加载条件下,由于压力和动态应变率的引入,材料的高压结构相变及各相区的物性涉及到多相物态方程和冲击相变动力学等问题,更是冲击波物理研究领域备受关注的热点问题。冲击相变会改变材料的力学性质和动态压缩行为,对材料性能产生重要的影响。因此,冲击相变及其相变动力学研究在工程应用中具有重要的地位和应用价值。备受关注的热点问题。冲击相变会改变材料的力学性质和动态压缩行为,对材料性能产生重要的影响。因此,冲击相变及其相变动力学研究在工程应用中具有重要的地位和应用价值.
LiF单晶由于其良好的高压光学透明性,常常被用作冲击波温度测量和波后粒子速度波剖面测量的窗口材料,在冲击波实验研究中有广泛的应用。前人对其弹-塑性转变行为、Hugoniot状态方程和动态折射率光学性质等方面的祝究己有明确的结论,但有关LiF晶体的冲击相变和高压相结构稳定性研究方面,目前则并无定论。在分子动力学模拟和第一性原理计算理论研究中,不同学者给出的相变认识还存在较大的分歧。有学者认为在300GPa压力范围,该材料仍能保持其B1相结构稳定性,不会发生结构相变,而另外的学者又认为在200GPa压力以内就可能发生从B1相到B2相的结构相变,但缺乏实验证据的佐证。可见,有关LiF晶体的冲击相变和相结构稳定性目前文献中的认识并不很清楚,因而具有一定的科学研究价值。本文通过冲击实验波剖面测量和高压声速测量结合冲击波湿度的热力学状态方程计算,开展了[100]晶向LiF单晶的相结构稳定性研究。
在一级轻气炮(10mm内径)和二级轻气炮口5mm内径或30mm内径)上,利用平面撞击和DPS测速系统,对2-152GPa压力下[00]晶向LiF单晶的界面速度剖面进行了精密测量,以研究LiF单晶的格林艾森状态方程和冲击熔化。采用Lagrangian分析方法进行分析,得到了LiF单晶的Hugoniot和高足声速数据。结果显示,当冲击压力为134-152GPa时,纵波声速下降到体波声速,表明LiF单晶在134-152GPa压力下发生了初始冲击熔化