Untersuchungen zur Änderung des Aggregatzustandes von Metallen beim Durchgang starker Stoßwellen

Die Aufheizung von Metallen beim Durchgang von Stoswellen ist wegen der kleinen Kompressibilitat fester Korper im allgemeinen gering. Im Fall extrem starker Stoswellen, beispielsweise bei der Anwendung von Sprengstoffen, kann der Temperaturanstieg jedoch so gros sein, das das Metall nach der Druckentlastung flussig ist. Diese Aussage stutzt sich allerdings fast ausschlieslich auf theoretische Berechnungen, da die direkte Bestimmung der Temperatur und damit des Aggregatzustands wegen der Kurzzeitigkeit der Vorgange schwierig ist. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, unter Verzicht auf direkte Temperaturmessung das mogliche Schmelzen von Metallen unter Stosbelastung durch Untersuchung bestimmter, fur den jeweiligen Aggregatzustand charakteristischer Erscheinungen nachzuweisen. Hierzu wurden durch Proben aus teils metallischen, teils nichtmetallischen Materialien mit Hilfe von Sprengstoffen Stoswellen unterschiedlicher Starke geschickt. Der Aggregatzustand nach der Druckentlastung wurde durch Rontgenblitzaufnahmen und Untersuchungen am aufgefangenen Material ermittelt. Es zeigte sich in Ubereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage, das nur niedrigschmelzende Metalle wie Blei oder Zinn nach der Druckentlastung im flussigen Zustand vorliegen und auch diese nur bei Anwendung hochenergetischer Sprengstoffe mit Stoswellendrucken von einigen hundert Kilobar. Von diesen Fallen abgesehen sind stosbelastete Metalle nach dem Stoswellendurchgang im festen Zustand, mit einer Temperaturerhohung von hochstens wenigen hundert Grad. Changes of the state of aggregation of metals due to the passage of strong shock waves. The heating of metals due to the passage of a shock wave is, in general, small because of the low compressibility of solids. Under the action of extremely strong shock waves, for instance in the applications of high explosives, the increase of temperature may however, be so high that after pressure release the metal is in the liquid state. This prediction is based mainly on theoretical calculations as the direct determination of temperature, and hence of the state of aggregation, is difficult because of the rapid rate of the processes involved. The investigation discussed here was aimed at demonstrating the possible melting of metals under shock loading by looking for specific phenomena characteristic of the state of aggregation. To do this, shock waves of different intensities produced by means of high explosives were passed through samples of partly metallic, partly nonmetallic, material. The state of aggregation after pressure release was determined by X-ray flash photography and by investigations of recovered parts of the samples. The investigations show in accordance with the theoretical predictions that only low-melting metals, such as lead or tin, are in the liquid state after pressure release, and even these only when high explosives with shock pressures of several hundred kilobars are applied. Apart from these cases shock loaded metals are in the solid state after pressure release, with a maximum increase in temperature of a few hundred degrees.