【摘要】：玻璃球(Hollow Glass Microspheres,HGM)是激光慣性約束聚變(Inertial confinement fusion,ICF)實驗中一種常用的燃料容器。同時,玻璃球中需加載診斷氣體以在線監(jiān)測其內(nèi)爆壓縮過程。ICF實驗對玻璃球本身的結(jié)構(gòu)具有較高的要求。經(jīng)充氣后,玻璃球從空心狀態(tài)變成裝載高壓、高密度氣體狀態(tài)。充氣過程玻璃球本身結(jié)構(gòu)的改變,外界環(huán)境對玻璃球性能的影響均對后繼的打靶過程造成一定的影響。因此,玻璃球的充氣研究至關(guān)重要。本文分別采用熱擴散法充氣和注入法充氣兩種充氣方法對玻璃球性能的影響進行了研究。不同充氣過程將對玻璃球力學(xué)性能、表面形貌、結(jié)晶分相等產(chǎn)生不同的影響。論文針對以上問題進行了較系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下。(1)研究了不同充氣溫度對空心玻璃玻璃球性能的影響。實驗結(jié)果表明:在不同的充氣工藝下,所需充氣時間不同,低溫所用充氣時間較長,高溫能減小充氣過程中所需的平衡時間,所用充氣時間較短。充氣溫度高于400℃會使玻璃球的耐壓強度大大降低。(2)通過控制變量法分析得出,充氣溫度和充氣壓力是影響玻璃球表面結(jié)晶分相的主要因素。溫度越高、壓力越大,玻璃球表面越易出現(xiàn)結(jié)晶分相現(xiàn)象。結(jié)晶分相導(dǎo)致空心玻璃玻璃球表面粗糙度增加。晶體成分主要是Na、B等元素組成。為了避免玻璃球表面結(jié)晶分相的發(fā)生可適當(dāng)降低玻璃球中B_2O_3、Na_2O的含量。(3)由于激光能量聚焦性好,強度大,利于加工硬度大、熔點高的材料,采用激光技術(shù)對玻璃球表面打孔后,玻璃球并未發(fā)現(xiàn)微裂紋等現(xiàn)象。對不同孔徑的玻璃球進行注入法充氣并封膠。對采用注入法充氣后不同孔徑的玻璃球耐壓強度及保氣性能進行測試。結(jié)果表明,激光打孔封膠后,玻璃球強度有所降低,且降低值隨孔徑增大而增加,但總體降低幅度不大,不影響其使用性能。通過X射線熒光光譜法(X-Ray Fluorescence Spectrometer,XRF)跟蹤玻璃球內(nèi)氣體量得出注入法充氣具有良好的保氣性能。(4)利用有限元對打孔玻璃球的力學(xué)性能進行了模擬分析。對于相同面積的微孔而言,不同的形狀將導(dǎo)致不同的應(yīng)力集中現(xiàn)象。圓形是對玻璃球進行激光打孔形狀的最優(yōu)選擇。當(dāng)微孔形狀相同時,不同孔徑的玻璃球具有不同的力學(xué)性能。隨著孔徑的增大,微孔處的應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢。玻璃球孔徑越大,玻璃球所受應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯,玻璃球的耐壓強度越低。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL632
【圖文】：

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 料 氣 體 的 靶 丸 上 ， 在 高 強 度 、 高 能 量 的速上 升，并形 成 等離子 體，這些等 離子體慣 性繼續(xù)發(fā) 生 向心運動 并繼續(xù) 被加熱，此，在極高 溫度 下靶丸 內(nèi)燃料發(fā)生聚 變反應(yīng) 階段[28,29,30 ]。如圖 1-1 所示 ：首先 是對靶度 的激光使靶 丸表面迅速 升溫并形成 等離部飛 散，由于 反 作用力的存 在，迫使靶 丸 丸內(nèi) 燃料 密度迅 速增大，在強激 光的照射密度 的狀態(tài) ，當(dāng)溫度 和密度均達 到某一極，隨著聚 變反應(yīng)的發(fā) 生，釋放出 大量的熱

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，如圖 2-1 中 ，氣體 分 子 M（白 圈）在 S 面上 半 部 分 較 上 半 部 分 分 布 密 集 。 由 于 氣 體 分 子，同時 存 在上半部 分 氣體向下半 部分的擴散 和擴散 。但由于 上 下 兩部分 該氣體密度不 同，必凈增長 ，這就 是 宏觀上的擴散 現(xiàn)象。為定量分 ick Law（ 費克定律）來描述[40,41 ]：zcDiJji A A 擴 散 發(fā) 生 的 截 面 積 ； ji， 單 位 面 積 的 通 量 ； ci擴 散系數(shù)。

圖 2-2 氣 體 的 微 觀 滲 透 圖Fig 2-2 Gas permeation microcosmic diagram 熱 擴 散 法 充 氣 主 要 是 將 玻 璃 球 放 置 于 所 需 充 殼 內(nèi)外壓差 ，根據(jù)擴 散原理 ，氣體通 過擴散滲球的 氣體 滲透系數(shù)如公式 2-3 中所示：K=KTexp-B/RT）p0（ 為 氣 體 滲 透 常 數(shù) （ mol·m-1·s-1·Pa-1） ； T 為 溫 度數(shù)（J·mol-1·K-1）；當(dāng)充 氣溫度上 升至某 一溫度球 滲透系數(shù)隨溫度升高成指數(shù)關(guān)系增長。擴散法充氣設(shè)備及充氣實驗條件驗 所用充氣設(shè) 備 為高溫充 氣室，充氣溫 度可根據(jù)的 最 高 溫 度 為 650 ℃ ， 最 大 壓 力 為 55MPa， 充控溫精 度為 0.5 ℃ 。充氣室 主要由充 氣單元 、機

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本文編號：2789741