[發(fā)明專(zhuān)利]一種金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010156721.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111307843B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何衛(wèi)華;席濤;辛建婷;于明海;儲(chǔ)根柏;曾發(fā);稅敏;盧峰;趙永強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類(lèi)號(hào): G01N23/20008
• 分類(lèi)號(hào): G01N23/20008;G01N23/207
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 楊媛媛

1.一種金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，包括：納秒束激光源、皮秒束激光源、金屬微絲背光靶和DXRD診斷包；

所述納秒束激光源發(fā)出的納秒激光束輻照至待檢測(cè)金屬樣品的上表面；所述皮秒束激光源發(fā)出的皮秒激光束輻照至所述金屬微絲背光靶，所述皮秒激光束輻照至所述金屬微絲背光靶后產(chǎn)生X射線(xiàn)源，所述X射線(xiàn)源用于對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行X射線(xiàn)衍射成像；所述DXRD診斷包包括屏蔽模塊和IP成像板，所述IP成像板置于所述屏蔽模塊內(nèi)部，所述IP成像板用于記錄所述X射線(xiàn)衍射成像后的成像數(shù)據(jù)，所述屏蔽模塊用于屏蔽背光源中雜散光對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品衍射成像的影響；所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)用于對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的相關(guān)特性進(jìn)行分析；

所述金屬微絲背光靶指向衍射光路方向，所述皮秒激光束與所述金屬微絲背光靶的法向夾角為30度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，所述皮秒激光束的脈寬為1～10皮秒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，所述金屬微絲背光靶的直徑為20μm，長(zhǎng)度為500μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，還包括：鉭屏蔽裝置，所述鉭屏蔽裝置固定于所述待檢測(cè)金屬樣品與所述DXRD診斷包之間，所述X射線(xiàn)源輻照所述待檢測(cè)金屬樣品后產(chǎn)生的衍射譜線(xiàn)穿過(guò)所述鉭屏蔽裝置內(nèi)部通路到達(dá)所述IP成像板。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，所述屏蔽模塊包括：鋁殼、鉛層和聚四氟乙烯層；所述IP成像板外部依次包覆所述聚四氟乙烯層、所述鉛層和所述鋁殼。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，所述IP成像板的位置在水平方向可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為5mm～100mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，其特征在于，所述納秒激光束的加載脈寬為2～5ns，加載激光能量為10～150J，功率密度為10¹²w/cm²。

8.一種金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷方法，其特征在于，所述金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷方法應(yīng)用于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷裝置，所述金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷方法包括：

采用納秒激光束輻照至待檢測(cè)金屬樣品的上表面；

采用皮秒激光束輻照至金屬微絲背光靶，產(chǎn)生X射線(xiàn)源；所述X射線(xiàn)源輻照至所述待檢測(cè)金屬樣品的下表面；

采用IP成像板記錄X射線(xiàn)衍射成像后的成像數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述金屬微絲背光靶的幾何結(jié)構(gòu)排布和衍射譜線(xiàn)在所述IP成像板上的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算得到在沖擊加載前后所述待檢測(cè)金屬樣品的晶格結(jié)構(gòu)變化的壓縮度數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述壓縮度數(shù)據(jù)和所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)，對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的相關(guān)特性進(jìn)行分析；

所述金屬微絲背光靶指向衍射光路方向，所述皮秒激光束與所述金屬微絲背光靶的法向夾角為30度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷方法，其特征在于，根據(jù)所述金屬微絲背光靶的幾何結(jié)構(gòu)排布和衍射譜線(xiàn)在所述IP成像板上的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算得到在沖擊加載前后所述待檢測(cè)金屬樣品的晶格結(jié)構(gòu)變化的壓縮度數(shù)據(jù)，具體包括：

利用公式η＝Δd/d₀＝1-sinθ₀/sinθ₁計(jì)算所述待檢測(cè)金屬樣品的晶格結(jié)構(gòu)變化的壓縮度數(shù)據(jù)；其中η為所述待檢測(cè)金屬樣品的晶格結(jié)構(gòu)變化的壓縮度數(shù)據(jù)；Δd為相對(duì)于沖擊加載前，待檢樣品沖擊加載后的晶面間距變化量；d₀為待檢樣品沖擊加載前的初始晶面間距；θ₀為靜態(tài)衍射線(xiàn)的衍射角，θ₁為動(dòng)態(tài)衍射線(xiàn)的衍射角。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬材料動(dòng)力學(xué)響應(yīng)診斷方法，其特征在于，所述根據(jù)所述壓縮度數(shù)據(jù)和所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)，對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的相關(guān)特性進(jìn)行分析，具體包括：

根據(jù)所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)，判斷沖擊加載后所述待檢測(cè)金屬樣品的衍射圖譜圖上除了動(dòng)靜態(tài)衍射線(xiàn)，相比于沖擊加載前是否出現(xiàn)新的衍射譜線(xiàn)；

當(dāng)沖擊加載后所述待檢測(cè)金屬樣品的衍射圖譜圖上除了動(dòng)靜態(tài)衍射線(xiàn)，相比于沖擊加載前出現(xiàn)新的衍射譜線(xiàn)，確定所述待檢測(cè)金屬樣品發(fā)生相變動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程；

根據(jù)所述壓縮度數(shù)據(jù)和所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)，對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的相變動(dòng)力學(xué)響應(yīng)相關(guān)特性進(jìn)行分析；

當(dāng)沖擊加載后所述待檢測(cè)金屬樣品的衍射圖譜圖上除了動(dòng)靜態(tài)衍射線(xiàn)，相比于沖擊加載前未出現(xiàn)新的衍射譜線(xiàn)，確定所述待檢測(cè)金屬樣品發(fā)生了動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)響應(yīng)過(guò)程；

根據(jù)所述壓縮度數(shù)據(jù)和所述IP成像板記錄的成像數(shù)據(jù)，對(duì)所述待檢測(cè)金屬樣品的動(dòng)態(tài)壓縮特性進(jìn)行分析。