Page 199 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 贾 果，等： 适用于激光驱动方式的金属粉末冲击压缩特性实验技术 第 7 期

1.2 粉末材料初始密度的精密表征
采用称重法实现粉末材料的平均初始密度测量。通过三维形貌扫描技术对石英孔槽的几何特征进
行亚微米级分辨率的重建，如图 3(a) 所示，从而获取孔槽体积的准确值。
利用高灵敏天平（精度 0.1 μg）测量粉末填充前后的质量差，结合三维重建体积计算粉末装填的初始
平均密度。为了保证初始平均密度计算的准确性，采用白光干涉轮廓仪对粉末高出石英上表面的高度
进行表征，并将测量值代入厚度修正，进而给出最终的初始密度数值，如图 3(b)～(c) 所示。实验选用的
铜粉颗粒度约为 0.8～1.0 μm，为了保证装填的粉末形成固定几何形状，采用自建的精密步进压实装置控
制压粉的平行度和力度，配合轮廓仪的实时监测，确保粉末装填高度和厚度的一致性，要求粉末高出石
英上表面的相对高度控制在±0.5 μm 内，同时将粉末填充厚度的一致性控制在小于 0.15 μm 内。通过控
制压机的力度和粉末填充质量，可以获得不同初始密度的实验用靶，本文中的铜粉初始平均密度控制为
3
(4.05±0.15) g/cm 和 3 (4.50±0.15) g/cm 。
2 实验结果与讨论

分别基于中国科学院上海光学精密机械研究所联合实验室神光Ⅱ装置第九路的输出能力（351 nm、
3 ns、800～1 500 J）和中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所昆吾激光装置的输出能力（527 nm、
3 ns、400～650 J）开展了实验研究 [25] 。利用 LA(lens array) 束匀滑技术对激光的空间强度分布进行了优
化，获得了尺寸为 1.0 mm×0.7 mm 和 0.7 mm×0.5 mm 的均匀焦斑 [26] 。实验利用 660 nm 波长的探针激光
对平面冲击波经过石英和粉末的后界面进行了反射率变化的测量，获得冲击波在石英台阶和粉末台阶
中的渡越时间，利用阻抗匹配法计算给出相应的状态方程参数。实验排布和实验图像见图 4。

Reflector
Laser
Wave plate1
Active Len 2-2
diagnostics
BS
VISAR
Camera 1 Base
Len 2-2 Etalon 1 Len 3-1 Len 3-2 Quartz Cu powder
BS Probe laser return Δt ₁ step Δt ₂ step
VISAR
Camera 2
Etalon 2 Len 3-1 Len 3-2

Laser Target Len 1
driver
Camera 3
BS
LA Wave Len 2-1 Len 2-2 Len 4
plate2
Passive diagnosis
图 4 实验诊断示意图及实验图像
Fig. 4 Schematic diagram and experimental image of experimental diagnosis

2.1 影响数据精度的要素分析
利用阻抗匹配方法开展状态方程参数的实验研究，影响数据精度的要素主要有 2 个方面：冲击波加
载的基本特性和实验用靶的研制质量。针对冲击波加载特性，通过优化设计实现了冲击波的平面性、传
播稳定性和干净性（抗预热）的调控。如图 5 所示，采用 LA 束匀滑技术开展了平面性测量，利用激光直
接驱动 30 μm 的铝平面，条纹相机可直接获得反映平面性的冲击波卸载信号，在约 980 µm 尺度内该冲击

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