[发明专利]一种高应变率加载模式下材料瞬态位错密度的表征方法

说明书

本发明公开了一种高应变率加载模式下材料瞬态位错密度的表征方法，其步骤包括：将单晶材料样品安装在高应变率动态加载装置的样品夹持区上；建立一时序控制系统并分别与高应变率动态加载装置、X射线衍射装置连接；时序控制系统包括两台数字延迟触发器、应变片、超动态应变仪与电磁阀；第一台数字延迟触发器分别连接并控制X射线衍射装置的电磁阀、白光快门；应变片粘贴在高应变率动态加载装置上，用于触发X射线衍射装置的X射线探测器；高应变率动态加载装置在电磁阀控制下发射投射物进而产生应力波，从而向单晶材料样品加载应力，X射线探测器进行曝光记录样品的瞬态衍射信号。数据分析单元根据瞬态衍射信号计算样品的位错密度。

技术领域

本发明涉及单晶材料动态结构同步辐射Laue衍射领域，尤其涉及瞬态位错密度表征领域。

背景技术

与静态相比，材料的动态响应是瞬态、不可逆的，对应变率具有强依赖性，这些特点使得材料动态行为研究对诊断技术提出了独特需求，而传统宏观/表观光电诊断手段显然已经不能满足这些需求，亟需发展原位实时、高时空分辨的动态精密诊断方法。基于高应变率霍普金森拉杆(SHTB)可以测量材料在拉伸冲击载荷下的应力应变曲线，研究材料的动态拉伸力学性能，但是却无法获取材料内部的结构和缺陷信息；X射线衍射是获取材料微观信息的有力手段，但基于稳态的表征技术，只能检测拉伸后的回收样，无法探测材料在高应变率动态拉伸过程中微观组织尤其是位错密度的演化规律。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种高应变率加载模式下材料瞬态位错密度的表征方法，可解决上述问题。

为实现上述目的，本发明的一种高应变率加载模式下材料瞬态位错密度的表征方法，其步骤包括：

1)将单晶材料样品安装在高应变率动态加载装置的样品夹持区上；

2)搭建X射线衍射装置，所述X射线衍射装置包括依次沿光路放置的X射线源、白光快门、狭缝、小孔、挡光器与X射线探测器；其中，所述单晶材料样品位于所述小孔与所述挡光器之间，所述单晶材料样品表面与入射的X射线垂直；

3)建立一时序控制系统并分别与所述高应变率动态加载装置、所述X射线衍射装置连接；其中，所述时序控制系统包括两台数字延迟触发器、应变片、超动态应变仪与电磁阀；第一台数字延迟触发器分别连接并控制所述电磁阀、白光快门；所述应变片粘贴在所述高应变率动态加载装置上，用于触发所述X射线探测器，所述应变片连接所述超动态应变仪，所述超动态应变仪连接并控制第二台数字延迟触发器，第二台数字延迟触发器连接并控制所述X射线探测器；

4)第一台数字延迟触发器在T_-2时刻触发所述电磁阀控制所述高应变率动态加载装置发射投射物进而产生应力波，从而向所述单晶材料样品加载应力，然后经过设定时长t1在T_-1时刻控制所述白光快门开启，X射线通过所述白光快门；在应力波到达所述应变片，所述应变片产生的信号传输至所述超动态应变仪，处理后产生应变波信号，触发第二台数字延迟触发器；第二台数字延迟触发器T₀时刻收到应变波信号后延迟设定时长t2，在T₁时刻产生触发信号给所述X射线探测器，使其触发并进行曝光记录瞬态衍射信号；

5)计算所述瞬态衍射信号的半高全宽Δθ，并将其带入到公式得到所述单晶材料样品在高应变率加载模式下的GND型位错密度ρ_GND；其中，b为伯格斯矢量，L为所述单晶材料样品的经X射线探测到的晶粒尺寸。

进一步的，根据应力波到达所述应变片的时间与所述白光快门开启的延迟时间一致确定所述设定时长t1。

进一步的，所述白光快门的开启时间设定为500ms，根据应变波从应变片到样品的传播时间加上想要观察应变波加载样品的时刻设定延迟设定时长t2。

进一步的，所述高应变率动态加载装置为霍普金森拉杆、霍普金森压杆、霍普金森扭杆或气炮。