Page 201 - 《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

激光（351 nm）、焦斑尺寸 1 mm×0.7 mm、2.4 ns、 1.00
方 形 脉 冲 ， 驱 动 能 量 1 5 0 0 J 的 加 载 条 件 下 ，
获得了冲击波在不同厚度 Al 台阶中的平均速度 0.75
信息，如图 6(b) 所示，拟合后平均速度 D=(22.354±
0.350) km/s，速度相对误差≤1.5%。相较于石英， Velocity/(km·s −1 ) 0.50
5 μm 厚度的铝较易加工，且石英与铝的状态方
程参数较为接近，故实验时采用铝材料作为石英 0.25
的 替 代 。 另 外 ， 利 用 任 意 反 射 面 速 度 干 涉 仪
（velocity interferometer system for any reflector, 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Time/ns
VISAR）对靶材预热效应进行原位诊断，实验结
图 7 抗冲击波预热效果的实验测试
果如图 7 所示，35 μm 铝基底后界面受到预热影
Fig. 7 Experimental testing of anti-shock wave preheating effect
响引起的速度变化小于 20 m/s，远小于冲击波速
度，即加载产生的预热可忽略不计。
在实验用靶质量表征方面，由于铜粉颗粒
不具有固定几何形状，采用如图 2 所示的构型进
~3 mm
行装填和封装后，其面密度的均匀性、厚度一致
性和石英层贴合的紧密性等会对实验数据的准
Measurement of
确性产生影响。基于微焦点 X 射线计算机断层 surface density:
Quartz Cu
（computed tomography, CT）三维检测技术（空间 powder CT transmission
imaging
分辨率 0.8 μm）对实验用靶的研制质量进行了监
控与评估。
实验采用 CT 面向测量的方式，获得了 X 光
透射粉末层的强度分布，通过对不同位置光强数
值的分析，可以给出粉末面密度的相对大小，见 图 8 利用 X 光透射技术测量填粉后不同区域的面密度差异
图 8。实验测试了所有靶样品，目前粉末填充方 Fig. 8 Measurement of surface density differences in different
法可保证面密度的变化小于 5%，大部分靶样品 areas after powder filling using X-ray transmission technology
面密度的变化量可控制在 3% 以内。
实验利用 CT 侧向测量的方式，通过获取 X 光透射不同靶部件界面处的强度分布，可以评估石英与
石英界面、石英与粉末界面的贴合程度，图 9 显示了石英上盖板与挖孔石英层界面之间贴合的不同情
况，反映了靶制备过程中不同的质量水平。
若石英与石英界面或者石英与粉末的交界处出现了间隙，当冲击波渡越该间隙时，由于激光打靶时
处于真空状态，冲击波会产生卸载效应，其速度将大大降低，进而导致进入石英台阶和粉末台阶时不再
保持相同速度，也就不再满足阻抗匹配的基本要求。因此，该间隙将严重影响实验数据的准确性，必须
进行优化处理。首先，对粉末装填后的表面进行了清洁处理，保证了无粉末颗粒附着在界面上。其次，
实验用靶设计中利用螺丝将 PC 上盖板和铝基板固定起来，将粉末紧紧地夹在中间，保证了粉末不会随
着时间或者靶转移过程产生“膨胀”现象，进而实现石英上盖板与挖孔石英层界面的紧密贴合。图 9(a)
是优化后的实验结果，从中可以看出粉末装填区域，密度分布均匀且粉末与石英交界处轮廓清晰，可保
证冲击波在石英和铜粉中的稳定传播。图 9(b) 显示粉末装填过程中出现了缝隙，将对冲击波的稳定性
传播产生影响。图 9(c) 反映了粉末与石英界面处的整洁程度，其中左侧是洁净度较好时 CT 的检测结
果，右侧图中圆圈处出现的白点，表明粉末溢出，出现在石英与石英的交界处，这会导致石英上盖板与挖
孔石英层之间出现“脱层”问题，出现冲击波提前卸载的问题。
通过 CT 的三维检测，可以较好地监控实验用靶的装配质量，筛选出符合阻抗匹配诊断需求的实验
用靶，进而保证实验数据的准确性。

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