爆炸箔起爆器发火阈值影响因素的数值模拟

为了研究由桥箔、飞片和加速膛所组成的换能组件对爆炸箔起爆器(EFI)发火性能的影响,达到降低发火阈值的目的,利用ANSYS/AUTODYN软件,模拟了桥箔驱动飞片起爆六硝基茋(HNS-Ⅳ)的过程。研究了桥箔厚度对飞片速度的影响,探究了桥区宽度、飞片材料(有机玻璃、陶瓷和聚酰亚胺)、飞片厚度和加速膛长度对EFI发火阈值的影响。结果表明,减小桥区宽度有利于降低爆炸箔起爆器的发火阈值。在输入电压相同的条件下,2μm厚度的桥箔驱动飞片速度最大;爆炸箔起爆器发火电压随着飞片厚度的增加先降低后增大,当厚度为10μm时发火电压最低;相比于0.225 mm、0.250 mm和0.275 mm加速膛,用0.125 mm加速膛时发火电压最低,说明减小加速膛长度有利于降低爆炸箔起爆器的发火阈值;在加速膛孔径确定的情况下,"无限型"加速膛发火电压低于"有限型"加速膛。聚酰亚胺力学性能好、发火电压低、撞击动能小,优于其它两种材料(有机玻璃和陶瓷)。     

低温共烧陶瓷爆炸箔起爆芯片的设计、制备与发火性能

采用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)工艺实现了爆炸箔起爆芯片的一体化集成制备。采用丝网印刷的方式制备了厚度为5μm的Au桥箔(300μm×300μm);采用25μm和50μm两种厚度的生瓷片作为爆炸箔起爆芯片的飞片,设计了圆形(Ф=400μm)和方形(L×W=300μm×300μm)的两种加速膛形状的爆炸箔起爆芯片。在0.22μF电容放电条件下,研究了Au桥箔的电爆性能。通过光子多普勒测速技术分析了陶瓷飞片的速度特征及其运动过程中的形貌。结果表明,在发火电压1.8 kV下,Au桥箔的能量利用率最大;飞片的终态速度随着发火电压的增加而增大;在相同的发火条件下,飞片经方形加速膛加速后的出口速度比圆形加速膛高出106～313 m·s~(-1);另外,陶瓷飞片越厚,飞片在飞行过程中的运动形貌保持得越完整。该工艺制备的爆炸箔起爆芯片可成功点燃硼/硝酸钾(BPN)点火药,并起爆六硝基芪(HNS)炸药。LTCC爆炸箔起爆芯片(50μm厚陶瓷飞片,圆形加速膛)的最小点火电压为1.4 kV,最小起爆电压为2.5 kV。     

加速膛与复合飞片对集成爆炸箔起爆器性能的影响

采用微机电系统制造技术实现了爆炸箔起爆器的集成制备。利用磁控溅射工艺和化学气相沉积技术制备了0.4 mm(L)×0.4 mm(W)×4.6μm(H)的Cu桥箔、聚氯代对二甲苯(Parylene C)(25μm)/Cu(2μm)复合飞片层;利用紫外光刻技术实现了环氧树脂干膜(SUEX)加速膛的制备,获得了厚度为0.395 mm,直径为0.40,0.56,1.00 mm的三种加速膛,且壁面垂直度均良好。通过光子多普勒速度(PDV)测试系统,研究了发火电压与加速膛尺寸对复合飞片速度的影响。进行了起爆六硝基茋(HNS)炸药的爆轰试验。结果表明,复合飞片的速度随着发火电压的增加逐渐增大;在相同发火条件下,复合飞片的速度随着加速膛直径的减小反而逐渐增加,即在同一发火条件下Ф0.40 mm的加速膛下获得的复合飞片速度最大。起爆HNS炸药的试验结果显示,发火电压随着加速膛直径的减小逐渐降低;相对于Ф1.00 mm的加速膛,Φ0.40 mm的加速膛在0.22μF电容放电条件下,发火电压降低了200 V左右。     

一种原位集成冲击片组件的制备及飞片驱动性能

为研究冲击片集成组件制造方法及其性能,采用化学气相沉积法(CVD)在爆炸箔基底上沉积制备了聚氯代对二甲苯(PC)飞片层,并且利用光刻方法原位集成了Su8-2150光刻胶加速膛,获得的加速膛厚度大于300μm且壁面垂直度良好。利用光子多普勒速度(PDV)测量技术获得了该冲击片组件电爆炸驱动飞片的加速历程。对比了常规方法制造的冲击片组件(聚酰亚胺飞片)与相同参数集成冲击片组件的飞片加速历程。结果表明,两组加速历程基本一致。聚酰亚胺飞片与PC飞片在前80 ns内分别达到了最大速度的77%与80%,加速膛出口处飞片速度分别为3970 m·s~(-1)和3906 m·s~(-1),两种冲击片组件驱动性能接近,飞片和加速膛的材料的改变对电爆炸驱动飞片过程未产生明显影响。     

基于MEMS技术的EFI芯片起爆HNS-Ⅳ炸药试验研究

采用MEMS技术制备了一体化集成的EFI芯片,研究了EFI芯片起爆HNS-Ⅳ炸药的能力,试验结果表明在起爆电压高于2 400V下EFI芯片能够成功起爆HNS-Ⅳ炸药,并且可靠地剪切出飞片。设计了3种桥箔和加速膛尺寸匹配关系的EFI芯片,用兰利法测试其发火感度。结果表明桥箔尺寸为0.3mm×0.4mm、加速膛直径为0.3mm时,EFI试验件的发火感度最高,50%发火电压为1 928V,全发火电压为2 013V。     

基于FPC工艺的集成冲击片换能元性能分析（英文）

为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板(简称FPC或软板)制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段(PDV)测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s~(-1)增加到4589 m·s~(-1),速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS?Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。     

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。     

Al/Ni反应多层膜的电爆炸及驱动性能研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在爆炸箔起爆系统上应用的可行性,采用磁控溅射法制备了相同厚度的Cu和Al/Ni多层膜桥箔,利用SU-8光刻胶制备一定厚度的加速膛,研究了两类桥箔在相同放电回路中的沉积能量和驱动飞片的平均速度。结果表明:在储能电容电压为1 306V的放电回路中,Al/Ni多层膜的沉积能量为0.120 5~0.127 4J,相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1 900V时,多层膜沉积能量比Cu箔提升了18%~58%;多层膜驱动的飞片平均速度高于Cu箔驱动飞片约10%。因此,Al/Ni反应多层膜能降低爆炸箔起爆系统的起爆阈值,提高其冲击起爆的可靠性。     

冲击片雷管集成制造方法研究

对采用微加工技术制造冲击片雷管的方法进行了研究,首先采用磁控溅射、光刻和湿法刻蚀在玻璃基片上制造桥箔,黏贴聚酰亚胺飞片,然后用光固化的环氧树脂制作加速膛。对该方法制作的冲击片雷管进行爆发试验,冲击片雷管均可靠作用。爆发试验得到的飞片平均速度与理论计算的平均速度具有很好的一致性。     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。     

桥区参数对Ni-Cr薄膜换能元发火性能的影响

依据GJB/z 377A-94感度试验川兰利法,对设计制作的不同桥区参数的Ni-Cr薄膜换能元进行了发火感度测试.结果显示:当桥区尺寸、形状一定时,随着桥膜厚度的增加,换能元的发火电压减小,当桥膜的厚度增加到0.9μm,换能元发火电压又有增加的趋势;当桥膜厚度、桥区形状一定时,随着桥区宽度减小,发火电压降低,但当桥区宽度小于0.10mm时,发火电压反而上升;当桥膜厚度、桥区宽度一定时,桥区长度越长,发火电压越高,而且不同桥区形状对换能元发火感度有明显的影响.     

爆炸箔厚度与其电爆性能和冲击片雷管感度的关系研究

为了研究爆炸箔厚度与其电爆性能的关系,以及爆炸箔厚度对冲击片雷管感度的影响,对5种不同厚度的爆炸箔进行了试验.研究结果表明:在1.3kV和1.5kV的充电电压下,厚度为4.0μm以下的爆炸箔的电爆性能好于4.0μm以上的爆炸箔;爆炸箔厚度对爆发时间和冲击片雷管感度有显著影响,本试验中,使用3.5μm和4.0μm爆炸箔的冲击片雷管起爆能量最低.     

铜箔厚度对爆炸箔起爆性能影响规律研究

为了提高爆炸箔起爆系统能量利用效率,采用仿真计算和试验相结合的方法,研究了不同铜箔厚度对爆炸箔起爆性能的影响规律。结果表明:当爆炸箔桥区尺寸为0.3mm×0.3mm时,铜箔厚度为3μm的爆炸箔电爆性能较好,能量利用率较高,在发火电压为1.5k V时,能量利用率达到72.33%,相对应的飞片速度最大。     

飞片参数及冲击角度对能量激发的影响研究

为研究飞片参数及冲击角度对冲击片雷管作用性能的影响,采用Solidworks和LS-DYNA软件对飞片剪切过程和不同角度冲击炸药的起爆效果进行了仿真,并通过仿真和试验验证飞片厚度和直径对其冲击速度的影响。结果表明：加速膛硬度越高,飞片成形状况越好;飞片最大速度与飞片直径、厚度呈负相关,但飞片厚度过小时易发生破碎现象;入射角度为0,30,60,90°的飞片冲击HNS药柱均能达到稳定爆轰,以0°入射角冲击时爆轰效果最佳。     

爆炸桥箔加速贮存前后的电爆特性

为了获得爆炸桥箔贮存后的电爆特性,对爆炸桥箔开展了高温(90℃)和高温高湿(80℃,RH95%)条件下的加速寿命试验。利用照相、扫描电镜分析、发火试验和光子多普勒测速(PDV)方法,研究了加速贮存试验前后爆炸桥箔的形貌、电爆特性和飞片速度。结果表明,加速贮存后桥箔的表面均发生了氧化,高温高湿条件下,杂质元素污染及湿度造成桥箔的颜色变化显著,电阻均值由贮存前的30.3 mΩ上升至66.8 mΩ。高温对桥箔的爆发电流、爆发电压和爆发时间没有显著影响。高温高湿贮存后桥箔的爆发电压显著降低。加速贮存后爆炸桥箔在聚酰亚胺基底的附着能力变差。PDV测速结果表明,随着加速贮存时间的延长,飞片速度由3600 m·s~(-1)降至2100 m·s~(-1)(高温)和1200 m·s~(-1)(高温高湿),加速贮存会影响桥箔驱动飞片的能力,高温高湿条件对飞片速度影响更严重。     

基于非硅微制造工艺的爆炸箔起爆器研究

为了实现爆炸箔起爆器的集成化和批量化制备,研究了爆炸箔起爆器非硅微制造工艺技术。采用磁控溅射和光刻技术制备了桥箔,通过紫外厚胶技术在桥箔上制备了聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶飞片层,并利用SU-8光刻胶集成制造了加速膛,划片后一个衬底上制备了268个爆炸箔起爆器组件,每个组件的体积为0.018 cm³. 集成后的爆炸箔起爆器50%发火感度为2 185 V. 试验了爆炸箔起爆器组件的耐高温性能,结果表明在160 ℃下经历50 h以后,爆炸箔起爆器组件依然可以正常起爆Ⅳ型六硝基菧炸药柱。     

基于FPC工艺的集成冲击片换能元性能分析（英）

为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板（简称FPC或软板）制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段（PDV）测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s^-1增加到4589 m·s^-1,速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS-Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。     

冲击片雷管的无源诊断

众所周知，雷管一般都要求在实验室中按实际环境和物理条件进行测试，以评估雷管的性能，如雷管的输入和输出能量、作用时间等等。冲击片雷管有独特的结构和作用方式，当发火装置给其桥箔提供足够高的电流时，钢桥箔爆炸汽化，推动并剪切上面的KaPton膜而形成飞片，飞片通过加速膛迅速加速至4mm／Ps左右的速度，撞击高密度猛炸药。由于冲击片雷管的几何尺寸很小，作用时间很短，作用方式独特，大多数现行的雷管诊断技术都不合适。研究者开发了用VISAR（任何反射物的速度干涉仪系统）全面表征冲击片雷管的方法，但这是一种十分复杂、技术…     

Al/Ni爆炸箔电爆特性及驱动飞片能力研究

利用传统的MEMs工艺成功制备出Al/Ni复合爆炸箔,在4k V的充电电压下研究其电爆性能。研究表明,相比于传统的铜爆炸箔,复合爆炸箔的能量利用高,可达18%,而且爆发提前,所需能量较小,爆发能量集中。飞片速度研究表明,爆炸箔的厚度和充电电压会影响飞片的最终速度,飞片的速度随爆炸箔的厚度和电压升高而增大。当爆炸箔的厚度为3μm、充电电压为5k V时,飞片的速度可达3 100m/s。     

Ni-Cr薄膜换能元点火性能研究

针对微火工品和微推进器集成化的发展需求,以及制作工艺与MEMS、半导体工艺相兼容并能实现低能发火的要求,对Ni-Cr薄膜换能元进行了研究,设计制作了几种不同桥区尺寸和薄膜厚度的Ni-Cr薄膜换能元,并对其电发火性能进行了测试.结果表明:在同一桥区尺寸的条件下,Ni-Cr薄膜发火感度随桥膜厚度的增加而升高;在相同的桥膜厚...