本发明涉及化学领域，尤其是平面冲击波发生装置领域，具体为一种通用型高精度平面冲击波发生器及其制备方法。
背景技术：
平面波发生器是化爆高压加载装置的重要组成部件，其作用是将点起爆的散心爆轰波转化成为平面爆轰波，这样即可对受试样品进行一维应变的冲击加载。
常用的平面波发生器包括平面波透镜、鼠夹式平面波发生器。其中，平面波透镜由低爆速和高爆速炸药组成，内层为低爆速炸药的圆锥体，外层为高爆速炸药的圆锥台体，其通过两种炸药交界面的控制，使得距离中心点处不同距离处的爆轰波同时到达界面，输出平面冲击波。常用平面波透镜的直径为∅100mm和∅200mm，一般情况下，在药层距离中心处90%的尺寸范围内，平面波透镜的波阵面不平度小于0.15μs。然而，这种平面波发生器的尺寸一般较大，且制造成本较高。
鼠夹式平面波发生器是另一种常用的平面波发生器，其采用点起爆获得直线波，然后将直线波转化成面爆轰，输出平面冲击波。这种平面波发生器的加工较为繁琐，且由于采用高低两种爆速的炸药，输出平面波不平度一般大于0.2μs，输出平面波精度较差。
为此，迫切需要一种新的平面冲击波发生装置，以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的发明目的在于：针对现有平面波透镜的尺寸较大，制造成本较高，而鼠夹式平面波发生器采用高低两种爆速的炸药，输出平面波精度较差的问题，提供一种通用型高精度平面冲击波发生器及其制备方法。本发明提供一种通用型高精度平面冲击波发生器装置和/或设计技术，通过传爆药线的高精度走时设计，将一点爆炸转换成多点同时起爆，从而将点爆轰转换成面爆轰，通过衰减层的厚度控制保证后界面输出的冲击波为近似平面冲击波；同时，通过衰减层厚度的不同，控制输出冲击波压力。本发明的冲击波发生装置既可以用于平面炸药的引爆装置，又可以作为动高压下材料物性研究的加载装置。本发明制备的平面冲击波加载装置具有体积小、平面波输出精度高、输出精度不受装置体积变化、加工成本低等特性，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种通用型高精度平面冲击波发生器，包括点转线装置、线转面装置、主药板组件、衰减层，所述点转线装置、线转面装置、主药板组件、衰减层依次相连；
所述点转线装置包括点转线基板、设置在点转线基板内的点转线药槽、设置在点转线药槽内的点转线药板，所述点转线药槽包括与导爆管相配合的第一导爆槽、与第一导爆槽连通的第二导爆槽、与第二导爆槽连通的第三导爆槽、与第一导爆槽平行的第四导爆槽，所述第三导爆槽与第二导爆槽相互垂直，所述第一导爆槽依次通过第二导爆槽、第三导爆槽与第四导爆槽连通；
所述线转面装置包括线转面基板、设置在线转面基板内的若干个线转面药槽、设置在线转面药槽内的线转面药板，所述线转面药槽包括与第四导爆槽连通的第五导爆槽、与第五导爆槽连通的第六导爆槽，所述第五导爆槽与第六导爆槽相互垂直；
所述主药板组件包括主基板、设置在主基板上的主药板，所述第六导爆槽与主药板连通；
所述点转线药板、线转面药板、主药板均采用同种炸药制成。
所述第一导爆槽与第二导爆槽的之间的夹角为135°。
所述点转线装置的边缘设置有第一连接件，所述点转线装置的第一连接件通过螺栓或螺杆或螺钉与线转面装置相连。
所述线转面装置的边缘设置有第二连接件，所述线转面装置的第二连接件通过螺栓或螺杆或螺钉依次与主药板组件、衰减层相连。
所述点转线药板、线转面药板、主药板均采用等静压压装制备而成。
还包括与点转线装置相配合的雷管套。
所述点转线基板、线转面基板、主基板分别采用延展性较好的有色金属制备而成。
所述有色金属为ly12。
所述衰减层采用惰性材料制备而成。
前述通用型高精度平面冲击波发生器的制备方法，包括如下步骤：
（1）按设计图纸分别制备点转线基板、点转线药槽、线转面基板、线转面药槽、主基板、衰减层；
（2）将炸药分别装入点转线药槽、线转面药槽、主基板，并采用60mpa～120mpa范围内的等静压对装药进行压装，保压后去除压力，进入零压固化环节，分别制备出点转线装置、线转面装置、主药板组件；
（3）待步骤2零压固化完成后，将得到点转线装置、线转面装置、主药板组件、衰减层进行组装，即可。
所述步骤2中，将炸药进行捏合、研磨后分别装入点转线药槽、线转面药槽、主基板。
所述步骤2中，待零压固化完成后，采用超声测厚仪对炸药层的厚度进行测量，要求炸药层的厚度公差在30μm以内，同时采用精度为0.01g的精密电子称对装药完成的点转线装置和线转面装置进行称量，要求重量误差不大于±1.0g。
所述步骤2中，保压时间为20~60min。
进一步，所述步骤2中，保压时间为30min。
所述步骤3中，组装得到的发生器作为加载装置时，还需要雷管作为起爆组件。
针对前述问题，本发明提供一种通用型高精度平面冲击波发生器及其制备方法。本发明的设计中基于点起爆线，线起爆面的思想，通过药线设计控制主药板的多点同时起爆，从而对输出平面冲击波波形进行控制，成功的实现了体积小、成本低、精度高的平面冲击波发生装置的设计加工。
本发明提供一种全新的平面波发生器，其具有如下创新。
（1）传统平面波发生器采用低爆速和高爆速炸药组成，通过交界面控制或走时相加相等实现平面冲击波的输出，而本发明采用45°角设计，从而只需要一种填装炸药，结合新的点转线装置和线转面装置的设计，使得主药板上不同位置处的点同时起爆，从而控制输出冲击波的不平度保持在一定时间范围内。
（2）本发明将单点起爆转化为密集多点同时起爆，从而引爆主药板，能严格控制主药板上不同点的起爆时间，从而控制输出冲击波的不平度保持在一定时间范围内。由于采用等时设计，同时传爆炸药爆轰速度远高于冲击波在点转线装置、线转面装置基板中的传播速度，所以不存在炸药传爆过程中由于药线之间相互影响而发生殉爆、熄爆等现象。
（3）本发明研制的平面波发生装置需要钻多组相同尺寸的小孔，然后在小孔中填装成分均匀一致的炸药，整体加工填装存在较大的难度。为此，本发明采用多个独立组件设计，对其分别进行加工和装药，从而减小了加工难度，同时能较为容易的控制加工精度，使得最终输出平面波发生装置的冲击波平面度满足要求。
进一步，本发明提供前述通用型高精度平面冲击波发生器的制备方法。在一个具体实例中，该冲击波发生器采用如下步骤制成。
（1）分别加工点转线装置、线转面装置及主药板组件的基板，基板需用延性较好的有色金属加工，本例采用延展性较好同时较容易加工的ly12。为了保证输出冲击波的平面度和压力精度，需要保证加工误差不大于±0.05mm。同时，保证点转线装置和线转面装置的重量误差不大于±0.9g。衰减层采用惰性材料进行加工，需要保证其尺寸精度、平面度、平行度。
（2）将制备的点转线基板、线转面基板、主基板进行清洗并烘干后，对其材料密度、尺寸、表面粗糙度进行复测，对点转线装置和线转面装置的重量进行复测。
（3）本发明中，爆轰性能稳定、安全性较好的炸药均可作为本发明的装药，本例选用炸药配比为hmx：粘合剂=95：5。将配好的炸药进行捏合、研磨后，填装入点转线装置的线转面药槽、线转面装置的线转面药槽及主药板上。采用60mpa～120mpa范围内的等静压对装药进行压装，保持30min后去除压力，进入零压固化环节。完成后，采用超声测厚仪对主药板的炸药层的厚度进行测量，要求炸药层的厚度公差在30μm以内，采用精度为0.01g的精密电子称对装药完成的点转线装置和线转面装置进行称量，要求重量误差不大于±1.0g。
（4）将装药完成的点转线装置、线转面装置及主药板与衰减层进行组装，并用十字沉头螺钉将各个组件进行固定，即可。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的平面冲击波发生装置的冲击波输出精度不受装置体积变化的特点，因此，本发明设计的平面冲击波发生装置能满足一些实验空间有限的场合，亦可满足冲击波输出面积比较大的场合；
（2）本发明的平面冲击波发生装置的平面波输出精度高，在所要求的尺寸范围内，输出冲击波的时间极差小于0.13μs；
（3）本发明的点转线装置、线转面装置及主药板的填装炸药均采用同一种炸药，填装炸药单一，这样填装更为简单，同时还能使平面波发生装置的输出平面波精度更高；
（4）采用本发明，填装炸药原则上不受限制，填装炸药只需满足传爆性能好，爆速稳定即可，具有较强的适应性；
（5）本发明由于采用等时设计，同时传爆炸药爆轰速度远高于冲击波在点转线装置、线转面装置基板中的传播速度，因此，不存在炸药传爆过程中由于药线之间相互影响而发生殉爆、熄爆等现象，工作可靠性高；
（6）本发明的装药难度较小，只需在保证点转线装置、线转面装置及主药板的基板尺寸的条件下，将调制好的炸药填充入其中，采用一定的工艺将之压实即可，使得加工成本大幅降低，较之传统平面波发生装置的制备方法更为简单；
（7）本发明构思巧妙，结构简单，可靠性高，适应性强，制备简单，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的点转线装置的主视图。
图2为图1的a-a向剖视图。
图3为本发明的线转面装置的主视图。
图4为图3的b-b向剖视图。
图5为本发明的线转面装置的仰视图。
图6为本发明的线转面装置的俯视图。
图7为本发明的主药板组件的主视图。
图8为本发明的主药板组件的侧面剖视图。
图9为衰减层的主视图。
图10为衰减层的侧视图。
图11为本发明的平面冲击波发生装置的主视图。
图12为本发明的平面冲击波发生装置的侧视图。
图13为平面冲击波发生装置实验结构主视图。
图14为平面冲击波发生装置实验结构侧视图。
图15为验证本发明平面冲击波加载装置输出冲击波平面度的实验装置。
图16为雷管引爆加载装置后，所获得的铜衰减层后不同位置处的粒子速度剖面。
图中标记：1、点转线装置，2、第一螺钉，3、线转面装置，4、主药板组件，5、衰减层，6、第二螺钉，7、雷管套，8、雷管，11、点转线基板，12、点转线药板，21、线转面基板，22、线转面药板，31、主基板，32、主药板。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例的装置包括点转线装置、线转面装置、主药板组件、衰减层，点转线装置、线转面装置、主药板组件、衰减层依次相连，构成平面冲击波发生器。
其中，点转线装置包括点转线基板、设置在点转线基板内的点转线药槽、设置在点转线药槽内的点转线药板，点转线药槽包括与导爆管相配合的第一导爆槽、与第一导爆槽连通的第二导爆槽、与第二导爆槽连通的第三导爆槽、与第一导爆槽平行的第四导爆槽，第三导爆槽与第二导爆槽相互垂直，第一导爆槽依次通过第二导爆槽、第三导爆槽与第四导爆槽连通。本实施例中，第一导爆槽与第二导爆槽的之间的夹角为135°。
线转面装置包括线转面基板、设置在线转面基板内的若干个线转面药槽、设置在线转面药槽内的线转面药板，线转面药槽包括与第四导爆槽连通的第五导爆槽、与第五导爆槽连通的第六导爆槽，第五导爆槽与第六导爆槽相互垂直。
主药板组件包括主基板、设置在主基板上的主药板，第六导爆槽与主药板连通。
本实施例中，点转线药板、线转面药板、主药板均采用同种炸药制成；点转线基板、线转面基板、主基板分别采用延展性较好的有色金属制备而成，本实施例中选用ly12；衰减层采用惰性材料制备而成。
本实施例中，点转线装置通过第一螺钉与线转面装置相连，线转面装置通过第二螺钉依次与主药板组件、衰减层相连。
该装置的制备过程如下。
（1）首先，加工点转线装置的点转线基板和点转线药槽、线转面装置的线转面基板和线转面药槽、主药板组件的主基板和衰减层，分别如图所示。为了保证输出冲击波的平面度和压力精度，需要保证加工误差不大于±0.05mm，同时保证点转线装置和线转面装置的重量误差不大于±0.9g；衰减层采用惰性材料进行加工，保证其尺寸精度、平面度、平行度均满足设定要求。
（2）将点转线装置、线转面装置及主药板组件的基板进行清洗并烘干后，对其材料密度、尺寸、表面粗糙度进行复测，对点转线装置和线转面装置的重量进行复测。
（3）爆轰性能稳定、安全性较好的炸药均可作为本发明的装药。本实施例中，选用炸药配比为hmx：粘合剂=95：5。将配好的炸药进行捏合、研磨后，分别填装入点转线装置、线转面装置及主药板的基板。再采用60mpa～120mpa范围内的等静压对装药进行压装，保持30min后去除压力，进入零压固化环节。完成后，采用超声测厚仪对主药板的炸药层的厚度进行测量，要求炸药层的厚度公差在30μm以内，采用精度为0.01g的精密电子称对装药完成的点转线装置和线转面装置进行称量，要求重量误差不大于±1.0g。
（4）将装药完成的点转线装置、线转面装置及主药板与衰减层进行组装，即可。
（5）采用本发明的平面冲击波发生装置作为加载装置时还需要雷管作为起爆组件，如图14所示。
（一）实验验证
图7所示是验证本发明平面冲击波加载装置输出冲击波平面度的实验装置。
将光线探针设置在距离铜衰减层中心0mm、6mm、12mm、18mm、24mm、30mm处，采用激光干涉测速技术作为测量装置，采用雷管引爆加载装置后，获得铜衰减层后不同位置处的粒子速度剖面如图16所示。图16中，从左至右依次为1#至6#。
从图16中可以看出，在∅60mm的尺寸范围内，输出冲击波的时间极差小于0.13μs，这表明本发明平面冲击波加载装置输出冲击波平面度较好；同时，衰减层后界面的粒子速度为0.897~0.921mm/μs，计算得到的输出压力幅值为18.45~19.02gpa，表明输出冲击波的压力在径向的差异很小，本发明平面冲击波加载装置输出平面波精度和平面性都较好。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。