[发明专利]一种金属材料动力学响应诊断装置及方法

权利要求书

1.一种金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，包括：纳秒束激光源、皮秒束激光源、金属微丝背光靶和DXRD诊断包；

所述纳秒束激光源发出的纳秒激光束辐照至待检测金属样品的上表面；所述皮秒束激光源发出的皮秒激光束辐照至所述金属微丝背光靶，所述皮秒激光束辐照至所述金属微丝背光靶后产生X射线源，所述X射线源用于对所述待检测金属样品的动力学响应过程进行X射线衍射成像；所述DXRD诊断包包括屏蔽模块和IP成像板，所述IP成像板置于所述屏蔽模块内部，所述IP成像板用于记录所述X射线衍射成像后的成像数据，所述屏蔽模块用于屏蔽背光源中杂散光对所述待检测金属样品衍射成像的影响；所述IP成像板记录的成像数据用于对所述待检测金属样品的相关特性进行分析；

所述金属微丝背光靶指向衍射光路方向，所述皮秒激光束与所述金属微丝背光靶的法向夹角为30度。

2.根据权利要求1所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，所述皮秒激光束的脉宽为1～10皮秒。

3.根据权利要求1所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，所述金属微丝背光靶的直径为20μm，长度为500μm。

4.根据权利要求1所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，还包括：钽屏蔽装置，所述钽屏蔽装置固定于所述待检测金属样品与所述DXRD诊断包之间，所述X射线源辐照所述待检测金属样品后产生的衍射谱线穿过所述钽屏蔽装置内部通路到达所述IP成像板。

5.根据权利要求1所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，所述屏蔽模块包括：铝壳、铅层和聚四氟乙烯层；所述IP成像板外部依次包覆所述聚四氟乙烯层、所述铅层和所述铝壳。

6.根据权利要求5所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，所述IP成像板的位置在水平方向可调节，调节范围为5mm～100mm。

7.根据权利要求1所述的金属材料动力学响应诊断装置，其特征在于，所述纳秒激光束的加载脉宽为2～5ns，加载激光能量为10～150J，功率密度为10¹²w/cm²。

8.一种金属材料动力学响应诊断方法，其特征在于，所述金属材料动力学响应诊断方法应用于权利要求1-7任一项所述的金属材料动力学响应诊断装置，所述金属材料动力学响应诊断方法包括：

采用纳秒激光束辐照至待检测金属样品的上表面；

采用皮秒激光束辐照至金属微丝背光靶，产生X射线源；所述X射线源辐照至所述待检测金属样品的下表面；

采用IP成像板记录X射线衍射成像后的成像数据；

根据所述金属微丝背光靶的几何结构排布和衍射谱线在所述IP成像板上的相对位置关系，计算得到在冲击加载前后所述待检测金属样品的晶格结构变化的压缩度数据；

根据所述压缩度数据和所述IP成像板记录的成像数据，对所述待检测金属样品的相关特性进行分析；

所述金属微丝背光靶指向衍射光路方向，所述皮秒激光束与所述金属微丝背光靶的法向夹角为30度。

9.根据权利要求8所述的金属材料动力学响应诊断方法，其特征在于，根据所述金属微丝背光靶的几何结构排布和衍射谱线在所述IP成像板上的相对位置关系，计算得到在冲击加载前后所述待检测金属样品的晶格结构变化的压缩度数据，具体包括：

利用公式η＝Δd/d₀＝1-sinθ₀/sinθ₁计算所述待检测金属样品的晶格结构变化的压缩度数据；其中η为所述待检测金属样品的晶格结构变化的压缩度数据；Δd为相对于冲击加载前，待检样品冲击加载后的晶面间距变化量；d₀为待检样品冲击加载前的初始晶面间距；θ₀为静态衍射线的衍射角，θ₁为动态衍射线的衍射角。

10.根据权利要求8所述的金属材料动力学响应诊断方法，其特征在于，所述根据所述压缩度数据和所述IP成像板记录的成像数据，对所述待检测金属样品的相关特性进行分析，具体包括：

根据所述IP成像板记录的成像数据，判断冲击加载后所述待检测金属样品的衍射图谱图上除了动静态衍射线，相比于冲击加载前是否出现新的衍射谱线；

当冲击加载后所述待检测金属样品的衍射图谱图上除了动静态衍射线，相比于冲击加载前出现新的衍射谱线，确定所述待检测金属样品发生相变动态力学响应过程；

根据所述压缩度数据和所述IP成像板记录的成像数据，对所述待检测金属样品的相变动力学响应相关特性进行分析；

当冲击加载后所述待检测金属样品的衍射图谱图上除了动静态衍射线，相比于冲击加载前未出现新的衍射谱线，确定所述待检测金属样品发生了动态压缩力学响应过程；

根据所述压缩度数据和所述IP成像板记录的成像数据，对所述待检测金属样品的动态压缩特性进行分析。