[发明专利]一种金属材料动力学响应诊断装置及方法

说明书

本发明涉及一种金属材料动力学响应诊断装置及方法。该诊断装置中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；皮秒束激光源发出的皮秒激光束辐照至金属微丝背光靶后产生X射线源，X射线源用于对待检测金属样品的动力学响应过程进行X射线衍射成像；DXRD诊断包包括屏蔽模块和IP成像板，IP成像板用于记录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。本发明可以提高时空分辨率，实现对高Z金属的材料动力学响应的诊断。

技术领域

本发明涉及金属材料诊断领域，特别是涉及一种金属材料动力学响应诊断装置及方法。

背景技术

在冲击加载下材料将发生弹性、塑性变形以及相变等动态响应过程，材料的这些动力学响应性质是近年来比较热点的研究领域。国内外研究人员利用炸药爆轰、飞片撞击、高功率激光加载等方式开展了大量的物理实验研究，并发展了多种高时空分辨的精密诊断技术，为人们积累了大量的材料动态物性认识，但仍存在很多不足。通常，采用PDV或VISAR测试技术可获得样品的速度波剖面数据，但这些测试数据是宏观的，是各种影响因素综合的结果，因而通过波剖面反演出的结果不是严格的物理过程；此外，借助扫描电镜、透射电镜及电子背景散射的软回收样品观测方法，只能获得实验终态信息，不能将观测到的最终微结构与实验过程相联系。

动态X射线衍射技术(DXRD)，是材料动力学响应研究的先进诊断手段。该技术主要基于泵浦-探测原理，在对样品加载的同时即实现对样品的X射线衍射探测，获得晶格尺度上的晶体结构测量。这种技术可为材料的动力学响应过程提供最为直接的证据。但现有的研究主要采用基于纳秒激光加载背光靶产生的X射线源进行动态X射线衍射诊断，该技术虽然可以获得高信噪比的衍射图谱数据，但其时空分辨率较低(时间分辨率为百ps～ns，空间分辨为百μm)，且只能实现对中低Z金属材料(如铁，铝等)衍射测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属材料动力学响应诊断装置及方法，以提高时空分辨率，实现对高Z金属的材料动力学响应的诊断。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属材料动力学响应诊断装置，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。

可选的，所述皮秒激光束的脉宽为1～10皮秒，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。

可选的，所述金属微丝背光靶指向衍射光路方向；所述金属微丝背光靶的直径为20μm，长度为500μm。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，所述IP成像板的位置在水平方向可调节，调节范围为5mm～100mm。

可选的，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。