本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其是平面沖擊波發(fā)生裝置領(lǐng)域，具體為一種通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器及其制備方法。

背景技術(shù)：

平面波發(fā)生器是化爆高壓加載裝置的重要組成部件，其作用是將點(diǎn)起爆的散心爆轟波轉(zhuǎn)化成為平面爆轟波，這樣即可對(duì)受試樣品進(jìn)行一維應(yīng)變的沖擊加載。

常用的平面波發(fā)生器包括平面波透鏡、鼠夾式平面波發(fā)生器。其中，平面波透鏡由低爆速和高爆速炸藥組成，內(nèi)層為低爆速炸藥的圓錐體，外層為高爆速炸藥的圓錐臺(tái)體，其通過兩種炸藥交界面的控制，使得距離中心點(diǎn)處不同距離處的爆轟波同時(shí)到達(dá)界面，輸出平面沖擊波。常用平面波透鏡的直徑為?100mm和?200mm，一般情況下，在藥層距離中心處90%的尺寸范圍內(nèi)，平面波透鏡的波陣面不平度小于0.15μs。然而，這種平面波發(fā)生器的尺寸一般較大，且制造成本較高。

鼠夾式平面波發(fā)生器是另一種常用的平面波發(fā)生器，其采用點(diǎn)起爆獲得直線波，然后將直線波轉(zhuǎn)化成面爆轟，輸出平面沖擊波。這種平面波發(fā)生器的加工較為繁瑣，且由于采用高低兩種爆速的炸藥，輸出平面波不平度一般大于0.2μs，輸出平面波精度較差。

為此，迫切需要一種新的平面沖擊波發(fā)生裝置，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)現(xiàn)有平面波透鏡的尺寸較大，制造成本較高，而鼠夾式平面波發(fā)生器采用高低兩種爆速的炸藥，輸出平面波精度較差的問題，提供一種通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器及其制備方法。本發(fā)明提供一種通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器裝置和/或設(shè)計(jì)技術(shù)，通過傳爆藥線的高精度走時(shí)設(shè)計(jì)，將一點(diǎn)爆炸轉(zhuǎn)換成多點(diǎn)同時(shí)起爆，從而將點(diǎn)爆轟轉(zhuǎn)換成面爆轟，通過衰減層的厚度控制保證后界面輸出的沖擊波為近似平面沖擊波；同時(shí)，通過衰減層厚度的不同，控制輸出沖擊波壓力。本發(fā)明的沖擊波發(fā)生裝置既可以用于平面炸藥的引爆裝置，又可以作為動(dòng)高壓下材料物性研究的加載裝置。本發(fā)明制備的平面沖擊波加載裝置具有體積小、平面波輸出精度高、輸出精度不受裝置體積變化、加工成本低等特性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和較好的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器，包括點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件、衰減層，所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件、衰減層依次相連；

所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置包括點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、設(shè)置在點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板內(nèi)的點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、設(shè)置在點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽內(nèi)的點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板，所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽包括與導(dǎo)爆管相配合的第一導(dǎo)爆槽、與第一導(dǎo)爆槽連通的第二導(dǎo)爆槽、與第二導(dǎo)爆槽連通的第三導(dǎo)爆槽、與第一導(dǎo)爆槽平行的第四導(dǎo)爆槽，所述第三導(dǎo)爆槽與第二導(dǎo)爆槽相互垂直，所述第一導(dǎo)爆槽依次通過第二導(dǎo)爆槽、第三導(dǎo)爆槽與第四導(dǎo)爆槽連通；

所述線轉(zhuǎn)面裝置包括線轉(zhuǎn)面基板、設(shè)置在線轉(zhuǎn)面基板內(nèi)的若干個(gè)線轉(zhuǎn)面藥槽、設(shè)置在線轉(zhuǎn)面藥槽內(nèi)的線轉(zhuǎn)面藥板，所述線轉(zhuǎn)面藥槽包括與第四導(dǎo)爆槽連通的第五導(dǎo)爆槽、與第五導(dǎo)爆槽連通的第六導(dǎo)爆槽，所述第五導(dǎo)爆槽與第六導(dǎo)爆槽相互垂直；

所述主藥板組件包括主基板、設(shè)置在主基板上的主藥板，所述第六導(dǎo)爆槽與主藥板連通；

所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板、線轉(zhuǎn)面藥板、主藥板均采用同種炸藥制成。

所述第一導(dǎo)爆槽與第二導(dǎo)爆槽的之間的夾角為135°。

所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置的邊緣設(shè)置有第一連接件，所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置的第一連接件通過螺栓或螺桿或螺釘與線轉(zhuǎn)面裝置相連。

所述線轉(zhuǎn)面裝置的邊緣設(shè)置有第二連接件，所述線轉(zhuǎn)面裝置的第二連接件通過螺栓或螺桿或螺釘依次與主藥板組件、衰減層相連。

所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板、線轉(zhuǎn)面藥板、主藥板均采用等靜壓壓裝制備而成。

還包括與點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置相配合的雷管套。

所述點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、線轉(zhuǎn)面基板、主基板分別采用延展性較好的有色金屬制備而成。

所述有色金屬為ly12。

所述衰減層采用惰性材料制備而成。

前述通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器的制備方法，包括如下步驟：

（1）按設(shè)計(jì)圖紙分別制備點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、線轉(zhuǎn)面基板、線轉(zhuǎn)面藥槽、主基板、衰減層；

（2）將炸藥分別裝入點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、線轉(zhuǎn)面藥槽、主基板，并采用60mpa～120mpa范圍內(nèi)的等靜壓對(duì)裝藥進(jìn)行壓裝，保壓后去除壓力，進(jìn)入零壓固化環(huán)節(jié)，分別制備出點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件；

（3）待步驟2零壓固化完成后，將得到點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件、衰減層進(jìn)行組裝，即可。

所述步驟2中，將炸藥進(jìn)行捏合、研磨后分別裝入點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、線轉(zhuǎn)面藥槽、主基板。

所述步驟2中，待零壓固化完成后，采用超聲測(cè)厚儀對(duì)炸藥層的厚度進(jìn)行測(cè)量，要求炸藥層的厚度公差在30μm以內(nèi)，同時(shí)采用精度為0.01g的精密電子稱對(duì)裝藥完成的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置進(jìn)行稱量，要求重量誤差不大于±1.0g。

所述步驟2中，保壓時(shí)間為20~60min。

進(jìn)一步，所述步驟2中，保壓時(shí)間為30min。

所述步驟3中，組裝得到的發(fā)生器作為加載裝置時(shí)，還需要雷管作為起爆組件。

針對(duì)前述問題，本發(fā)明提供一種通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器及其制備方法。本發(fā)明的設(shè)計(jì)中基于點(diǎn)起爆線，線起爆面的思想，通過藥線設(shè)計(jì)控制主藥板的多點(diǎn)同時(shí)起爆，從而對(duì)輸出平面沖擊波波形進(jìn)行控制，成功的實(shí)現(xiàn)了體積小、成本低、精度高的平面沖擊波發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)加工。

本發(fā)明提供一種全新的平面波發(fā)生器，其具有如下創(chuàng)新。

（1）傳統(tǒng)平面波發(fā)生器采用低爆速和高爆速炸藥組成，通過交界面控制或走時(shí)相加相等實(shí)現(xiàn)平面沖擊波的輸出，而本發(fā)明采用45°角設(shè)計(jì)，從而只需要一種填裝炸藥，結(jié)合新的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置的設(shè)計(jì)，使得主藥板上不同位置處的點(diǎn)同時(shí)起爆，從而控制輸出沖擊波的不平度保持在一定時(shí)間范圍內(nèi)。

（2）本發(fā)明將單點(diǎn)起爆轉(zhuǎn)化為密集多點(diǎn)同時(shí)起爆，從而引爆主藥板，能嚴(yán)格控制主藥板上不同點(diǎn)的起爆時(shí)間，從而控制輸出沖擊波的不平度保持在一定時(shí)間范圍內(nèi)。由于采用等時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)傳爆炸藥爆轟速度遠(yuǎn)高于沖擊波在點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置基板中的傳播速度，所以不存在炸藥傳爆過程中由于藥線之間相互影響而發(fā)生殉爆、熄爆等現(xiàn)象。

（3）本發(fā)明研制的平面波發(fā)生裝置需要鉆多組相同尺寸的小孔，然后在小孔中填裝成分均勻一致的炸藥，整體加工填裝存在較大的難度。為此，本發(fā)明采用多個(gè)獨(dú)立組件設(shè)計(jì)，對(duì)其分別進(jìn)行加工和裝藥，從而減小了加工難度，同時(shí)能較為容易的控制加工精度，使得最終輸出平面波發(fā)生裝置的沖擊波平面度滿足要求。

進(jìn)一步，本發(fā)明提供前述通用型高精度平面沖擊波發(fā)生器的制備方法。在一個(gè)具體實(shí)例中，該沖擊波發(fā)生器采用如下步驟制成。

（1）分別加工點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板組件的基板，基板需用延性較好的有色金屬加工，本例采用延展性較好同時(shí)較容易加工的ly12。為了保證輸出沖擊波的平面度和壓力精度，需要保證加工誤差不大于±0.05mm。同時(shí)，保證點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置的重量誤差不大于±0.9g。衰減層采用惰性材料進(jìn)行加工，需要保證其尺寸精度、平面度、平行度。

（2）將制備的點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、線轉(zhuǎn)面基板、主基板進(jìn)行清洗并烘干后，對(duì)其材料密度、尺寸、表面粗糙度進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置的重量進(jìn)行復(fù)測(cè)。

（3）本發(fā)明中，爆轟性能穩(wěn)定、安全性較好的炸藥均可作為本發(fā)明的裝藥，本例選用炸藥配比為hmx：粘合劑=95：5。將配好的炸藥進(jìn)行捏合、研磨后，填裝入點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置的線轉(zhuǎn)面藥槽、線轉(zhuǎn)面裝置的線轉(zhuǎn)面藥槽及主藥板上。采用60mpa～120mpa范圍內(nèi)的等靜壓對(duì)裝藥進(jìn)行壓裝，保持30min后去除壓力，進(jìn)入零壓固化環(huán)節(jié)。完成后，采用超聲測(cè)厚儀對(duì)主藥板的炸藥層的厚度進(jìn)行測(cè)量，要求炸藥層的厚度公差在30μm以內(nèi)，采用精度為0.01g的精密電子稱對(duì)裝藥完成的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置進(jìn)行稱量，要求重量誤差不大于±1.0g。

（4）將裝藥完成的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板與衰減層進(jìn)行組裝，并用十字沉頭螺釘將各個(gè)組件進(jìn)行固定，即可。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

（1）本發(fā)明的平面沖擊波發(fā)生裝置的沖擊波輸出精度不受裝置體積變化的特點(diǎn)，因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的平面沖擊波發(fā)生裝置能滿足一些實(shí)驗(yàn)空間有限的場(chǎng)合，亦可滿足沖擊波輸出面積比較大的場(chǎng)合；

（2）本發(fā)明的平面沖擊波發(fā)生裝置的平面波輸出精度高，在所要求的尺寸范圍內(nèi)，輸出沖擊波的時(shí)間極差小于0.13μs；

（3）本發(fā)明的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板的填裝炸藥均采用同一種炸藥，填裝炸藥單一，這樣填裝更為簡(jiǎn)單，同時(shí)還能使平面波發(fā)生裝置的輸出平面波精度更高；

（4）采用本發(fā)明，填裝炸藥原則上不受限制，填裝炸藥只需滿足傳爆性能好，爆速穩(wěn)定即可，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；

（5）本發(fā)明由于采用等時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)傳爆炸藥爆轟速度遠(yuǎn)高于沖擊波在點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置基板中的傳播速度，因此，不存在炸藥傳爆過程中由于藥線之間相互影響而發(fā)生殉爆、熄爆等現(xiàn)象，工作可靠性高；

（6）本發(fā)明的裝藥難度較小，只需在保證點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板的基板尺寸的條件下，將調(diào)制好的炸藥填充入其中，采用一定的工藝將之壓實(shí)即可，使得加工成本大幅降低，較之傳統(tǒng)平面波發(fā)生裝置的制備方法更為簡(jiǎn)單；

（7）本發(fā)明構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，制備簡(jiǎn)單，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和較好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：

圖1為本發(fā)明的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置的主視圖。

圖2為圖1的a-a向剖視圖。

圖3為本發(fā)明的線轉(zhuǎn)面裝置的主視圖。

圖4為圖3的b-b向剖視圖。

圖5為本發(fā)明的線轉(zhuǎn)面裝置的仰視圖。

圖6為本發(fā)明的線轉(zhuǎn)面裝置的俯視圖。

圖7為本發(fā)明的主藥板組件的主視圖。

圖8為本發(fā)明的主藥板組件的側(cè)面剖視圖。

圖9為衰減層的主視圖。

圖10為衰減層的側(cè)視圖。

圖11為本發(fā)明的平面沖擊波發(fā)生裝置的主視圖。

圖12為本發(fā)明的平面沖擊波發(fā)生裝置的側(cè)視圖。

圖13為平面沖擊波發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)主視圖。

圖14為平面沖擊波發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖15為驗(yàn)證本發(fā)明平面沖擊波加載裝置輸出沖擊波平面度的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖16為雷管引爆加載裝置后，所獲得的銅衰減層后不同位置處的粒子速度剖面。

圖中標(biāo)記：1、點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置，2、第一螺釘，3、線轉(zhuǎn)面裝置，4、主藥板組件，5、衰減層，6、第二螺釘，7、雷管套，8、雷管，11、點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板，12、點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板，21、線轉(zhuǎn)面基板，22、線轉(zhuǎn)面藥板，31、主基板，32、主藥板。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說(shuō)明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的裝置包括點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件、衰減層，點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置、主藥板組件、衰減層依次相連，構(gòu)成平面沖擊波發(fā)生器。

其中，點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置包括點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、設(shè)置在點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板內(nèi)的點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、設(shè)置在點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽內(nèi)的點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板，點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽包括與導(dǎo)爆管相配合的第一導(dǎo)爆槽、與第一導(dǎo)爆槽連通的第二導(dǎo)爆槽、與第二導(dǎo)爆槽連通的第三導(dǎo)爆槽、與第一導(dǎo)爆槽平行的第四導(dǎo)爆槽，第三導(dǎo)爆槽與第二導(dǎo)爆槽相互垂直，第一導(dǎo)爆槽依次通過第二導(dǎo)爆槽、第三導(dǎo)爆槽與第四導(dǎo)爆槽連通。本實(shí)施例中，第一導(dǎo)爆槽與第二導(dǎo)爆槽的之間的夾角為135°。

線轉(zhuǎn)面裝置包括線轉(zhuǎn)面基板、設(shè)置在線轉(zhuǎn)面基板內(nèi)的若干個(gè)線轉(zhuǎn)面藥槽、設(shè)置在線轉(zhuǎn)面藥槽內(nèi)的線轉(zhuǎn)面藥板，線轉(zhuǎn)面藥槽包括與第四導(dǎo)爆槽連通的第五導(dǎo)爆槽、與第五導(dǎo)爆槽連通的第六導(dǎo)爆槽，第五導(dǎo)爆槽與第六導(dǎo)爆槽相互垂直。

主藥板組件包括主基板、設(shè)置在主基板上的主藥板，第六導(dǎo)爆槽與主藥板連通。

本實(shí)施例中，點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥板、線轉(zhuǎn)面藥板、主藥板均采用同種炸藥制成；點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板、線轉(zhuǎn)面基板、主基板分別采用延展性較好的有色金屬制備而成，本實(shí)施例中選用ly12；衰減層采用惰性材料制備而成。

本實(shí)施例中，點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置通過第一螺釘與線轉(zhuǎn)面裝置相連，線轉(zhuǎn)面裝置通過第二螺釘依次與主藥板組件、衰減層相連。

該裝置的制備過程如下。

（1）首先，加工點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置的點(diǎn)轉(zhuǎn)線基板和點(diǎn)轉(zhuǎn)線藥槽、線轉(zhuǎn)面裝置的線轉(zhuǎn)面基板和線轉(zhuǎn)面藥槽、主藥板組件的主基板和衰減層，分別如圖所示。為了保證輸出沖擊波的平面度和壓力精度，需要保證加工誤差不大于±0.05mm，同時(shí)保證點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置的重量誤差不大于±0.9g；衰減層采用惰性材料進(jìn)行加工，保證其尺寸精度、平面度、平行度均滿足設(shè)定要求。

（2）將點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板組件的基板進(jìn)行清洗并烘干后，對(duì)其材料密度、尺寸、表面粗糙度進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置的重量進(jìn)行復(fù)測(cè)。

（3）爆轟性能穩(wěn)定、安全性較好的炸藥均可作為本發(fā)明的裝藥。本實(shí)施例中，選用炸藥配比為hmx：粘合劑=95：5。將配好的炸藥進(jìn)行捏合、研磨后，分別填裝入點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板的基板。再采用60mpa～120mpa范圍內(nèi)的等靜壓對(duì)裝藥進(jìn)行壓裝，保持30min后去除壓力，進(jìn)入零壓固化環(huán)節(jié)。完成后，采用超聲測(cè)厚儀對(duì)主藥板的炸藥層的厚度進(jìn)行測(cè)量，要求炸藥層的厚度公差在30μm以內(nèi)，采用精度為0.01g的精密電子稱對(duì)裝藥完成的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置和線轉(zhuǎn)面裝置進(jìn)行稱量，要求重量誤差不大于±1.0g。

（4）將裝藥完成的點(diǎn)轉(zhuǎn)線裝置、線轉(zhuǎn)面裝置及主藥板與衰減層進(jìn)行組裝，即可。

（5）采用本發(fā)明的平面沖擊波發(fā)生裝置作為加載裝置時(shí)還需要雷管作為起爆組件，如圖14所示。

（一）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖7所示是驗(yàn)證本發(fā)明平面沖擊波加載裝置輸出沖擊波平面度的實(shí)驗(yàn)裝置。

將光線探針設(shè)置在距離銅衰減層中心0mm、6mm、12mm、18mm、24mm、30mm處，采用激光干涉測(cè)速技術(shù)作為測(cè)量裝置，采用雷管引爆加載裝置后，獲得銅衰減層后不同位置處的粒子速度剖面如圖16所示。圖16中，從左至右依次為1#至6#。

從圖16中可以看出，在?60mm的尺寸范圍內(nèi)，輸出沖擊波的時(shí)間極差小于0.13μs，這表明本發(fā)明平面沖擊波加載裝置輸出沖擊波平面度較好；同時(shí)，衰減層后界面的粒子速度為0.897~0.921mm/μs，計(jì)算得到的輸出壓力幅值為18.45~19.02gpa，表明輸出沖擊波的壓力在徑向的差異很小，本發(fā)明平面沖擊波加載裝置輸出平面波精度和平面性都較好。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。