[发明专利]一种真空及高低温加载的微颗粒高速冲击实验装置

说明书

本发明涉及微颗粒高速冲击实验装置技术领域，提供了一种真空及高低温加载的微颗粒高速冲击实验装置包括：真空箱，真空箱内设置有用于测试并且可调节温度的试验机构，试验机构上设置有样品，真空箱外设置有光件机构，真空箱和试验机构以及光件机构均电性连接至控制系统；光件机构结合位于真空箱内的试验机构，通过控制系统的操控实现了高低温控制及微尺度冲击加载，对微纳尺度材料的动态力学行为及能量耗散机制进行表征，为材料在极端环境下的应用提供关键技术支撑与理论依据；显著提升了冲击加载手段实验效率，测量数据精准，并且使用过程中不易发生磨损，降低维修费用。

技术领域

本发明涉及微颗粒高速冲击实验装置技术领域，具体涉及一种真空及高低温加载的微颗粒高速冲击实验装置。

背景技术

从力学角度，微颗粒高速冲击可用于帮助理解材料在极端动态条件下的物理和力学行为。单一微粒冲击技术使得材料在应变率高达10⁸s^-1情况下动力学响应的研究成为可能，包括软材料、纳米复合材料和金属等。另外，材料普遍具有明显的尺寸效应，微纳尺度材料通常可展现出反常的力学响应。从工程角度，微颗粒高速冲击涉及许多领域，从空间探索到增材制造。例如，高速微陨石和轨道微碎片对航天器的安全性以及宇航员进行舱外活动构成严重威胁，需要高性能材料设计和防护。高温、低温、高压、高应变率、强辐射等极端条件广泛存在于航空航天等领域，对高性能结构材料提出了更严苛的服役要求。

传统的冲击加载手段如分离式霍普金森杆和轻气炮等由于弹体尺寸及质量较大，很难突显材料在微纳尺度下的动态力学响应，更不能实现对二维薄膜材料冲击能量吸收的测量。另外，传统冲击加载手段实验效率相对较低，测量较为粗糙，并且使用过程中炮管易发生磨损，维修费用昂贵。如何有效地解决上述技术难点，是目前本领域技术人员需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种真空及高低温加载的微颗粒高速冲击实验装置。

真空及高低温加载的微颗粒高速冲击实验装置包括：真空箱；

所述真空箱内设置有用于测试并且可调节温度的试验机构，所述试验机构上设置有样品；

所述真空箱外设置有光件机构；

所述真空箱和所述试验机构以及所述光件机构均电性连接至控制系统。

进一步地，所述光件机构包括对所述试验机构发射激光的激光发射器、对所述样品实现微颗粒冲击过程进行捕捉的超高速相机、使所述激光发射器和所述超高速相机实现同步触发的脉冲信号发生器，以及对所述试验机构进行照明的外部光源设备。

进一步地，所述试验机构包括试验单元和固定单元。

进一步地，所述试验单元包括第一平台和第二平台；

所述第一平台上分别设置有供所述激光穿透并对所述激光进行聚焦的凸透镜，以及供所述激光穿过并且使所述激光产生高温高压的等离子体的发射台；

所述第二平台上设置有测温设备；

所述发射台和所述测温设备之间设置有用于放置所述样品的样品固定件，所述样品固定件内设置有加热棒，远离所述样品侧的所述样品固定件的端部连接有液氮罐。

进一步地，所述发射台包括设置在靠近所述凸透镜侧的供所述激光穿过而不会明显吸收激光能量的约束层，远离所述凸透镜侧的所述约束层连接有使所述激光烧蚀后产生高温高压的等离子体的吸收层，远离所述约束层侧的所述吸收层连接有聚二甲基硅氧烷薄膜层。

进一步地，所述等离子体使所述聚二甲基硅氧烷薄膜层快速膨胀并驱动粘附在所述聚二甲基硅氧烷薄膜层上的微颗粒高速冲击所述样品。

进一步地，远离所述样品侧的所述加热棒的端部延伸至所述液氮罐内。