调制周期对Al/MoO3反应薄膜热性能和发火性能的影响

为了考察调制周期对反应薄膜性能的影响,采用磁控溅射技术制备了厚度为3μm,调制周期为50,150 nm和300 nm的Al/MoO3反应薄膜,采用差示扫描量热仪(DSC)探索了调制周期对Al/MoO3反应薄膜放热过程和反应活化能的影响;使用高速摄影和激光点火技术研究了三种调制周期反应薄膜的燃烧速率,通过与半导体桥和桥丝融合形成含能点火器件,考察了调制周期对电流和电压发火感度的影响。结果显示调制周期由50 nm增加到300 nm时,Al/MoO3反应薄膜燃烧速率由5.35 m·s^-1降低到1.75 m·s^-1。三种调制周期(50,150,300 nm)Al/MoO3反应薄膜半导体桥点火器件的50%电流发火电流分别为1.44,1.74 A和1.87 A;Al/MoO3反应薄膜桥丝点火器件的50%发火电流分别为0.08,0.65 A和1.02 A;将Al/MoO3反应薄膜与半导体桥和桥丝换能元结合形成点火器件,在点火间隙为1 mm的情况下,能够点燃钝感点火药硼-硝酸钾(B-KNO3)药片,提升点火系统的点火能力和可靠性。     

不同调制周期的Al/MoO3半导体桥发火器件电爆性能研究

采用磁控溅射技术制备总厚度为6μm,调制周期分别为134nm/166nm和22nm/28nm的Al/MoO_3复合薄膜,并将其与半导体桥(SCB)整合形成含能半导体桥(ESCB)发火器件,研究了Al/MoO_3含能薄膜及SCB-Al/MoO_3含能半导体桥的性能。DSC分析表明,调制周期为22nm/28nm的薄膜只有1个放热峰,其活化能为245k J/mol;调制周期为134nm/166nm的薄膜有3个放热峰,最大放热峰的活化能为200k J/mol。22nm/28nm的含能薄膜燃速为5.34m/s;134nm/166nm的含能薄膜燃速为1.79m/s。随着调制周期的增加,SCB-Al/MoO_3的临界发火时间变长,调制周期对临界发火能量、作用总时间、作用总能量无影响,SCB-Al/MoO_3(22nm/28nm)的电压发火感度高于SCB-Al/MoO_3(134nm/166nm)。     

Al/CuO复合半导体桥静电安全性研究

为了研究Al/CuO复合半导体桥(简称Al/CuO-SCB)的静电安全性,分别对不同桥型的Al/CuO-SCB进行静电放电实验及研究。结果发现:在500pF、5kΩ、25kV静电放电条件下,不同桥型的Al/CuO-SCB均未发火;小尺寸的Al/CuO-SCB在相同静电作用下桥膜容易受到损伤,并且经过静电放电后的Al/CuO-SCB的爆发时间和爆发所需能量均没有发生显著性差异。比较Al/CuO-SCB和未加Al/CuO含能薄膜层的半导体桥静电实验结果,得出Al/CuO含能薄膜层没有影响半导体桥的静电安全性。     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产...     

不同调制比的Al/MoO_3含能半导体桥电爆特性研究

调制比是薄膜制备中体现材料化学计量比的重要参数,直接影响含能复合薄膜的反应性能。为了研究Al/MoO_3含能复合薄膜在半导体桥上复合的最佳调制比,采用磁控溅射工艺分别制备了3种调制比的Al/MoO_3含能复合薄膜和Al/MoO_3含能半导体桥。研究了薄膜的形貌、热反应性能与Al/MoO_3含能半导体桥在不同充电电压下的电爆过程。结果表明适当调整调制比可以减小临界激发能量,缩短临界激发时间,提高含能半导体桥的燃烧时间。     

Ni/Cu复合多层膜电爆炸等离子体发射光谱特性及飞片推动性能

为探索复合多层膜爆炸箔电爆炸的作用机理,开展了Ni/Cu复合多层膜爆炸箔性能研究。采用电化学沉积方法制备了相同厚度的Ni/Cu复合多层膜(调制周期分别为200 nm/300 nm和300 nm/400 nm)及纯Cu、Ni金属膜,通过等离子体发射光谱特性测试分析,计算获得了不同放电电流条件下不同结构的Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜电爆炸等离子体电子温度。通过匹配加速膛、飞片进行了爆炸箔推动飞片的PDV速度测试和分析,获得了不同放电电流条件下Ni/Cu复合多层膜、纯Cu、Ni金属膜爆炸箔推动飞片性能。研究结果表明:在电流为2.5 kA时,(Ni_(200)Cu_(300))_8和(Ni_(300)Cu_(400))_5Ni_(300)电爆炸等离子体发射光谱强度以及等离子体电子温度均高于纯Cu和纯Ni,说明Ni/Cu复合材料在相同条件下电爆炸储能密度更高;在电流为2.5 kA时,Ni/Cu复合材料中的Ni开始对等离子体推动飞片起促进作用,(Ni_(200)Cu_(300))_8和(Ni_(300)Cu_(400))_5Ni_(300)爆炸箔推动飞片的加速时间更长,最终速度均高于纯Cu爆炸箔。     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产生了延迟放电效应.用原子发射光谱双谱线法测试了60 V和80 V激发时点火桥的电爆炸温度和持续时间.60 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在2500 ～3500 K,持续时间约0.35 ms;80 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在3500 ～4000 K,持续时间约0.55 ms.     

掺杂方式对FeCo/SiO2复合薄膜择优取向的影响

采用溶胶-凝胶工艺将Al均匀掺入FeCo/SiO_2复合薄膜中,与Al作为籽层掺杂相比,研究不同的掺杂方式对FeCo(200)择优取向的影响。结果表明,不同的制备方式和Al掺入含量在薄膜中造成的晶格畸变不同引起择优取向变化趋势的不同。     

Al/Ni反应性多层复合膜的燃烧速率实验及计算模型

采用改进的Mann模型,计算了Al/Ni比例(1∶1,1.5∶1,3∶1)、预混层厚度、反应初始温度对复合膜燃烧速率的影响。通过磁控溅射法制备了相同比例的Al/Ni复合膜,测量了其燃烧反应速度。结果表明:随着Al含量的增加,复合膜燃烧速率减小;存在一个临界厚度,在临界厚度点复合膜燃烧速率最大。且当调制周期小于临界值时,燃烧速率与调制周期成正比,而当调制周期大于临界厚度时,复合膜燃烧速率与调制周期成反比;随着反应初始温度增高,Al/Ni反应性多层复合膜的燃烧速率增大。实验结果验证了模型的有效性。     

KCl无机盐晶化网络增强电泳沉积含能薄膜附着力

电泳沉积技术具有成膜快、薄膜均匀平整、对电极形状要求低、可控性好、成本低廉等优点,近年来在含能材料研究领域备受青睐。电泳沉积薄膜附着力差、硬度低,严重影响含能材料成膜质量。为改善电泳沉积含能薄膜附着力,开发一种便捷的后处理策略。将电泳沉积所得含能薄膜进行0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.5 mol/L不同浓度的KCl溶液浸渍处理,并利用扫描电镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、高速摄影机以及美国国家标准ATSM D 3359—17胶带法附着力标准试验方法,对比研究电泳沉积制得的含能薄膜无机盐浸渍处理前后形貌、组分、放热量以及附着力。结果表明：经过处理的Al/CuO含能薄膜表面负载了KCl,而且无机盐溶液在干燥过程中发生重结晶,致密地填充在含能材料粒子间缝隙而形成网络结构,从而将散乱分布的颗粒连接为一体,含能薄膜附着力由1级提升至3级;经过后处理的含能薄膜Al/KCl(0.2 mol/L)/CuO放热量为1 781 J/g,较处理前Al/CuO薄膜放热量1 617 J/g 增加164 J/g;KCl无机盐的填充增加了含能薄膜的致密性,使纳米粒子间接触紧密,提升了Al/KCl/CuO 体系放热量。     

激光驱动飞片中Al2O3隔热层的制备研究

为了在飞片靶中加入氧化铝隔热层,以提高飞片速度,增大飞片冲击炸药的压力,确保炸药的可靠起爆,利用真空射频磁控溅射法制备了激光驱动复合多层飞片靶中的Al2O3隔热层,在溅射功率238W、溅射气压0.4Pa、Ar气流量30sccm、靶基距11cm条件下,得到Al2O3薄膜的沉积速率为125nm/h,制备的Al2O3薄膜为非晶结构,其表面均匀、致密,没有孔洞等缺陷,为后续复合多层飞片靶的制备提供支持.     

Ti纳米颗粒对Al/CuO基叠层薄膜燃烧行为的影响

为降低亚稳态分子间复合物的点火能量,利用抽滤的方式制备了一系列不同Ti掺杂浓度（10%～30%）的Al-Ti/CuO叠层薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）、激光点火和差示扫描量热仪（DSC）对其形貌、化学成分及燃烧行为进行了测试,并分析Ti纳米颗粒在Al/CuO叠层薄膜中的作用机制。结果表明：Ti纳米颗粒的添加降低了Al/CuO叠层薄膜的点火阈值,其中20%Ti添加量的叠层薄膜点火阈值仅为21.2 mJ,相比Al/CuO降低了约36%。但过量添加Ti纳米颗粒会导致大量微米级球状烧结结构的生成,该结构会包裹未反应的纳米铝颗粒,阻碍其能量的释放和后期火焰的传播。     

PTFE/Al反应多层膜的制备及力学性能

以铝(Al)为可燃物质,聚四氟乙烯(PTFE)为氧化剂,利用射频磁控溅射法制备了不同厚度,交替沉积的PTFE/Al反应多层膜。采用原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射仪(XRD)研究了溅射功率对薄膜表面形貌的影响规律,得到了PTFE/Al反应多层膜适宜的制备工艺,利用纳米压痕仪研究了PTFE/Al反应多层膜的力学性能。结果表明,当射频溅射功率分别为50 W和150 W时,制得的PTFE薄膜和Al薄膜的平均粗糙度与均方根粗糙度均较低。当PTFE/Al反应多层膜总厚度约为300 nm时,与相同厚度的纯PTFE膜和纯Al膜相比,PTFE/Al反应多层膜具有较高的硬度和弹性模量,分别为5.8 GPa和120.0 GPa。     

一种Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件的制备及性能

为了提高Ni-Cr薄膜发火件的安全性和点火能力,使用磁控溅射技术将Al/CuO含能薄膜与Ni-Cr薄膜发火件复合,制备了一种新型的Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件。该Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件既可以用作换能元,又可以作为最简单的电点火元件,从而简化点传火序列,适应弹药微型化的发展需求。测试其1A1W5min安全性、电发火感度和点火能力。结果表明,Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件满足1A1W5min安全性要求;50 ms临界发火电流为3.08 A,最小全发火电流为3.18 A,最大不发火电流为2.98 A,安全裕度较高;在相同条件下,Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件可以点燃硼/硝酸钾,并且可实现1 mm的间隙点火,而Ni-Cr薄膜发火件不能成功点燃硼/硝酸钾。     

Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征

用磁控溅射法制备了Al/Ni、Al/Ti纳米多层薄膜。用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射仪(XRD)对其进行了结构表征和成分分析。用差示扫描量热法(DSC)测定了纳米多层薄膜的反应放热量。结果表明: 工作压力为0.4 Pa,Al、Ni、Ti溅射功率分别为200,220,180 W条件下制备的Al/Ni、Al/Ti多层薄膜表面均匀致密,无尖锐峰,层状结构分明,组成成分分别为Al、Ni和Al、Ti单质状态; Al/Ni、Al/Ti多层薄膜放热量分别为1134.64,918.36 J·g-1,达到理论值的82.2%, 80.7%。     

CuO-Zr复合膜的制备及其反应光声光谱研究

以CuO和Zr为靶材,利用磁控溅射技术,采用最佳工艺条件,在载玻片衬底上沉积了Zr/CuO和CuO/Zr复合膜.利用X射线衍射、扫描电镜和反应性光声光谱技术分别对薄膜样品的晶体结构、表面形貌和反应特性进行了分析和表征.结果表明:复合膜中的Zr和CuO均以晶相形式存在,复合膜由近似球状的纳米粒子构成,在激光能量的刺激下CuO-Zr复合薄膜发生了氧化-还原反应.     

纳米CuO/CNTs的制备及对高氯酸钾基烟火药发光强度的影响

为研究不同附加物对含高氯酸钾与铝粉烟火药的发光强度的影响,采用沸腾回流沉淀法制备了CuO/CNTs纳米复合粒子。用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(DSC-TG)表征了它的结构和性能。测试了含不同附加物烟火药配方的发光强度。结果表明,氧化铜能够在碳纳米管表面有效负载,粒径为61.1 nm,其中CuO粒径为8.8 nm,负载量为30%。含纳米复合粒子的CuO/CNTs-Al-KClO4配方的发光强度优于任何含单一附加物的配方,与机械混合的CNTs-CuO-Al-KClO4同配比配方相比,发光强度提高了11.2%,表明CuO/CNTs纳米复合粒子具有更强的正协同催化效应。     

纳米铝热剂Al/CuO的制备及性能

采用溶胶-凝胶法及超临界干燥技术,以聚丙烯酸(PAA)作为分散剂,1,2-环氧丙烷作为Cu(Ⅱ)离子水解促进剂制备了CuO气凝胶,并在温和、无毒的条件下制备了纳米铝热剂Al/CuO。采用比表面测试法(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、差热分析法(DTA)-差示扫描量热法(DSC)等方法对样品的结构和热反应特性进行表征。结果表明,纳米Al粒子与CuO气凝胶粒子均匀复合,形成Al/CuO。纳米铝热剂Al/CuO的反应放热峰分别出现在598℃和752℃左右,快速燃烧过程伴随明亮火焰。     

静电自组装GO/Al/CuO的制备与性能研究

采用Modified Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用氧化石墨烯的静电力作用,静电自组装制备了GO/Al/CuO亚稳态分子间复合物。对样品的微观形貌、结构和热反应特性及感度进行研究测试。结果表明:自组装法增大了组分粒子的接触,纳米Al和纳米CuO粒子均匀负载在GO片层;与物理混合法相比,静电自组装制备的GO/Al/CuO反应放热量达到1 394 J/g,提高了61.34%,撞击、摩擦和火焰感度均有所降低。     

掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La₂O₃对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La₂O₃。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La₂O₃的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g