Page 26 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 张鸿宇，等： 颗粒靶体撞击溅射行为研究进展 第 12 期

Y t 为例，实
(3) 相似律实质是对撞击溅射宏观过程的等效，无法反映细观参数的影响。以靶体强度
际是靶体孔隙率、颗粒粒径及形状等细观因素耦合作用的结果，而细观参数对撞击溅射过程的影响则无
法通过相似律表征。
随着实验技术以及测试手段的提升，对于影响撞击成坑和溅射过程的关键参数，相关研究由颗粒靶
体、撞击体的各个细节切入，对撞击溅射过程有了全方位更深层次的理解。接下来将针对颗粒靶体参
数、撞击参数、靶体表面形貌、撞击体形状和结构等对撞击溅射行为的影响，综述现有研究成果及存在
的科学问题。

3 靶体参数对溅射行为的影响

3.1 孔隙率
在提出撞击成坑以及溅射的相似律时，应用靶体强度的概念将孔隙率耦合在内，使得相似律在靶体
孔隙率变化时仍然保持适用性，并且 Housen 等 [65] 推测，靶体特征指数 μ 应呈现随孔隙率增大而减小的
变化规律。在随后开展的实验中，该推论得到了一定的验证，但是近年来针对颗粒浮石靶体（μ=0.54） [65] 、
多孔石墨靶体（μ=0.66） [88] 等具有更高孔隙率靶体的撞击实验结果表明，靶体特征指数 μ 随孔隙率的变化
µ 值 [89] 。
并不单调，即高孔隙率靶体同样可能对应较大的
此外，颗粒靶体孔隙率的变化还可影响溅射幕的溅射角。Luther 等 [90] 的研究表明，在撞击的初始阶
段，孔隙率对溅射角度的影响有限。然而，随着溅射幕的进一步扩展，靶体孔隙率的增大可导致溅射角
度的增大。该特性在 Marston 等 [91] 开展的撞击实验中也得到了印证，如图 10(a) 和 (b) 所示，孔隙率（ϕ）
更大的玻璃珠靶体具有更大的溅射角度。值得注意的是，Lohse 等 [92] 和 Marston 等 [93-94] 利用撞击前靶舱
底部喷出的气体驱使颗粒充分流化，获得了更大的孔隙率，结果显示，溅射幕溅射角进一步增大，如
图 10(c) 所示，甚至出现了类似流体中的沃新顿喷流现象 [95] 。由此可知，颗粒类靶体在高孔隙率条件下
可能呈现出更强的流动性，这为应用流体动力学理论分析颗粒靶体撞击溅射行为提供了支撑。

(a) Glass beads, D p =31 μm, ϕ=51% [91] (b) Glass beads, D p =31 μm, ϕ=39% [91]

(c) Jet formation after the impact on loose very-fine sand [92]

图 10 不同靶体孔隙率下撞击产生的溅射角 [91-92]
Fig. 10 Ejecta angles for different target porosities [91-92]

针对上述特性，Housen 等 [65] 提出，当颗粒靶体具有较高的孔隙率时，撞击体在接触压缩靶体的过程
中会引发颗粒位错，并使靶体被进一步压实。此过程会抑制瞬态撞击坑形成后的继续扩展，导致通过实
验数据拟合得到的靶体特征指数 μ 发生变化。由此，对于具有高孔隙率的颗粒靶体，Housen 等 [65] 在现有
的重力主导因素和强度主导因素之外引入压实因素，使得相似分析过程更加符合实际物理过程。另外，
由于相邻颗粒位错时发生碰撞和摩擦，撞击形成的压缩波在靶体中传播时快速衰减 [68] ，并且沿半径方向

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