Page 6 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 黄海军，等： 氟化铅高压声速研究：高阻抗标准窗口的发现 第 11 期

在本研究中，测量 PbF 在 2 64～198 GPa 压力范围内的声速，同时采用量子分子动力学（quantum
molecular dynamics, QMD）方法，系统研究液态 PbF 在高温高压极端条件下的状态方程与声速，并将模拟
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结果与实验数据进行对比，验证实验数据的可靠性，探讨 PbF 是否能够作为标准高阻抗窗口材料。
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1 方 法

1.1 实验
本研究所用的 PbF 样品来自河南微米光学科技有限公司，为圆片状的 β-PbF 单晶，经 X 射线单晶
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< 100 > 。电子探针微区分析（JXA-8230）显示样品的纯净度为 99.3%。经排水法测
衍射测定其晶向为
量，样品在室温常压下的密度为 7.740(5) g/cm 。冲击压缩实验在二级轻气炮上开展 [29] 。利用磁测速装
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置测量飞片的速度。靶的装置如图 2 所示：2 个 PbF 样品的直径（2R）为 20.00(10) mm，其厚度 d 分别约
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为 1.55 mm（样品 1）和 4.07 mm（样品 2）。将样品表面均抛光至光学级平整度（约 2 μm），在抛光过程中样
品的厚度发生变化，因此实验所用样品的厚度存在差异。样品 1 的前界面镀有约 100 nm 厚的铜膜，并用
环氧树脂粘结 10 μm 厚的铜箔，以防止发射管内前冲性气体对测试信号的干扰。样品 2 的前界面镀有
约 1 μm 厚的消光膜，在可见光范围内将光辐射强度降低约 50%，目的是测量冲击波到达两样品之间界
面的时间，进而获得冲击波速度。冲击波阵面的光辐射亮度由直径为 600 μm 的石英光纤收集，并耦合至
十六通道光学高温计 [19, 28] 。每次实验前，均使用标准光源对高温计进行标定。采用 400 W 的溴钨灯作为
标准光源，其光谱辐射亮度随着波长的变化曲线由四川省产业计量测试研究院的高温黑体炉标定得
到。此外，在距离样品中心 6 mm 的位置，均匀布置 3 根直径为 9 μm 的光纤，与任意反射面位移激光干
涉仪（displacement interferometer system for any reflector, DISAR） [30] 耦合，用于监测飞片撞击样品时的倾斜
角和冲击波速度的时间变化特征。

Flyer Sample 1 Sample 2

d=1.5 mm d=4.0 mm To DISAR R=6 mm

To pyrometer
R=10 mm

Copper foil Extinction film
图 2 实验装置
Fig. 2 Experimental setup

在拉格朗日坐标系（坐标固定在流体粒子上的参考系）中飞片和 PbF 样品内波的相互作用如图 3 所
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示，图中 D 和 f D 分别为飞片和样品中的冲击波速度， c L f 和 c L s 分别为飞片和样品中的稀疏波传播速度。
s
由于铜箔和消光膜厚度极薄，二者对波传播过程的影响可忽略不计。飞片于 t 时刻撞击样品后，样品内
0
部产生向右传播的冲击波 D ，高温计记录的光谱辐射亮度迅速上升并保持稳定，表明 PbF 在冲击压缩
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s
下变为不透明状态；在 t 时刻冲击波经过消光膜，高温计记录的光谱辐射亮度突然升高（图 4(a)，为清晰
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起见，仅展示 4 个通道）。样品中的冲击波速度 D 由下式确定：
s
h 1 h 1
D s = = (1)
t 1 −t 0 ∆t 1
式 中 ： h 为 样 品 1 的 厚 度 ， Δt 为 图 3 中 的 时 间 差 。 由 于 PbF 样 品 在 冲 击 加 载 下 失 去 透 明 性 ， 因 此
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DISAR 不能测量铜膜/PbF 界面的粒子速度；但是，当样品压力超过 75 GPa 时，PbF 样品中的冲击波阵
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