[发明专利]导体、绝缘体材料的冲击极化电压实验装置和方法

说明书

本发明公开了导体、绝缘体材料的冲击极化电压实验装置和方法，涉及材料的冲击极化电压实验技术领域，该装置包括一级轻气炮加载系统、测速系统、以及电压测量系统。该方法包括对待测试件的外表面作绝缘处理；调节各个实验装置后，使弹丸获得动能后依次经过测速系统及电压测量系统，记录试件冲击极化电压的数据；同时获取试件的状态，及试件的冲击极化电压时程曲线。本发明采用组合式系统，对待测试件的外表面作绝缘处理，试件与环境气体隔绝避免电荷泄露，同时避免弹体高速运动激发磁场对试件冲击电压测量结果的影响，使测试结果避免受空气及支架上衬板冲击极化电荷的影响，提高测试结果的准确性。

技术领域

本发明涉及冲击极化电压实验技术领域，具体而言，涉及导体、绝缘体材料的冲击极化电压实验装置和方法。

背景技术

理想绝缘介质的内部没有自由电荷，实际的电介质内部总是存在少量自由电荷。一般情况下介质宏观上并不显电性。在外界激励作用下，束缚电荷的局部移动可导致宏观上显示出电性，在介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷，进而引起极化。导体与绝缘体材料在冲击载荷下的极化机理极其复杂，与应力波的传播和介质的微观极化机制相关，而且撞击中靶板材料中的电荷转移机制制约了其潜在的工程应用。因此，有必要改进现有一维加载实验装置，发展加载方式简单及力电响应测量准确的材料冲击极化特性测量方案。通过一级轻气炮测试导体/绝缘体材料的冲击极化特性，在电子领域将具有广泛的应用前景。

目前，国内外针对材料的冲击极化特性进行了广泛研究，其中一维加载实验是研究材料冲击极化特性采用的主要实验手段，一维加载实验可实现微米级别颗粒流加载。通过调节一维加载实验中撞击板倾斜角度以及板与冲头距离，可实现不同角度撞击板在不同速度颗粒流撞击下电流的测量；通过在一维加载实验中添加温度、湿度、压力调控装置，进而改变实验环境，还可实现不同温度、湿度及压力条件下材料极化电流的测量。此外，利用含定量气体的密闭容器，可开展不同气体环境中的双颗粒直接碰撞实验。

现有一维加载实验存在加载方式复杂、力学特性不够精准、力电响应不能同时输出、实验步骤繁琐等问题，在表征导体/绝缘体材料冲击极化特性方面未考虑空气环境极化，金属衬板极化等因素的影响。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供导体、绝缘体材料的冲击极化电压实验装置和方法，以解决现有一维加载系统中存在的应力波加载方式复杂、操作繁琐、应力应变测量准确性不足以及力电响应无法同时输出。

本发明的实施例是这样实现的：

一方面，本申请提供一种导体、绝缘体材料的冲击极化电压实验装置，包括：向一级气室内充入高压气体，通过电磁阀控制气室内的高压气体瞬间释放，使弹丸获得动能的一级轻气炮加载系统、采用激光测速以测量弹丸弹速的测速系统、以及，对试件外侧进行绝缘处理并测量材料力学特性及极化的电压测量系统。

一级轻气炮加载系统可发射不同形状和直径的弹丸，且发射过程较为简单，具有适用性广和可重复性高等特点。测速系统采用激光测速方法测量弹速，该方法可准确测量不同材料、形状弹丸的初始速度，及该初始速度下的弹丸对试件击打后试件的状态。电压测量系统将试件进行绝缘处理后，试件与环境气体隔绝避免电荷泄露，同时避免弹体高速运动激发磁场对试件冲击电压测量结果的影响，此外，绝缘处理后的试件可减弱支架上金属衬板被冲击极化产生的表面电荷对试件电压测量结果的影响。

这样的装置，采用组合式系统，结构简单，组装方便，动力学加载与电学测试同时进行，可以同时测量材料力学特性和极化，与单独测量材料力学特性或极化特性的实验系统相比，提高了研究效率。

在本发明的一些实施例中，所述一级轻气炮加载系统包括：气室、与气室连通的用于发射弹丸的发射管、用于控制气流的电磁阀以及检测气室内压力的精密压力表。

在本发明的一些实施例中，向一级气室内充入的气体包括氮气或氦气。

在本发明的一些实施例中，所述发射管的口径为15.3mm