叠氮化铅半导体桥点火研究

利用半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)作为发火元件点燃叠氮化铅(Lead Azide,LA),获得了其电压电流曲线,通过分析其电压电流曲线和烧蚀后的桥面,发现两种不同的点火机理:当LA的颗粒较大时(45μm),利用SCB产生的等离子体将药剂点燃;当LA的颗粒较小时(1μm),SCB不产生等离子体就可以将药剂点燃。非等离子体点火时,其发火电压约为等离子体点火时的20%,降低了SCB的点火能量。此外,压药压力对非等离子体点火的最低发火电压有一定影响,80MPa时其发火电压最低。     

不同掺杂元素对 SCB 电爆特性的影响

为研究不同掺杂元素对半导体桥电爆特性的影响规律,利用电容放电发火系统,对硼掺杂SCB和磷掺杂SCB的临界发火电压、发火时间以及发火所消耗的能量进行了测试,并做了对比分析。结果表明:在尺寸相同、掺杂浓度相同的条件下,磷掺杂半导体桥比硼掺杂半导体桥临界发火电压低;相同发火电压下,掺杂元素对发火时间的影响较小,并且磷掺杂半导体桥的发火能量比硼掺杂半导体桥的高,说明磷掺杂SCB性能优于硼掺杂SCB。     

瞬态小尺寸等离子体的判断及光谱法表征

以等离子体为激发能量的点火方式是含能材料点火技术的一个发展方向，等离子体的基本参数如温度和电子密度对研究等离子体点火的机理是重要的参数。对于半导体桥( SCB)在一定放电条件下所产生的瞬态小尺寸等离子体，很多等离子体诊断方法不能适用。本研究利用原子发射光谱技术，同时获得SCB等离子体温度和电子密度随时间分布的诊断结果，在放电电压为16 V，充电电容为47 μF条件下，1.0 Ω的SCB等离子体温度分布在2 400—3 800 K之间，电子密度约为3.2×l014～4.2×1014个／cm3左右。同时，依据筹离子体成立的空间尺度和时间尺度条件，根据光谱诊断结果，判断不同型号的SCB的放电行为是否产生等离子体。本研究为瞬态小尺寸等离子体诊断提供了一种有效的方法，为SCB桥体的设计以及点火方式的控制提供了理论指导和参考依据，以及用于其它体系中等离子体参数的诊断及判断。     

半导体桥等离子体温度的实验研究

基于原子发射光谱双谱线法测温原理,对半导体桥(SCB)等离子体温度进行实时瞬态测定;实验研究了放电脉冲条件下等离子体温度的变化规律及不同脉冲能量对等离子体温度的影响.结果表明:充电电容为22 μF,初始放电电压由21 V增大到63 V,等离子体峰值温度由2 000 K上升至6 200 K;放电电压为39 V,充电电容由...     

半导体桥爆发临界性实验研究

对电容放电和5min恒流激励时半导体桥换能元的爆发特性进行了实验研究,测试了半导体桥作用过程中电压、电流、电阻的变化规律,通过对电阻变化特点的详细分析,发现恒流激励时半导体桥存在临界爆发电流,电容放电激励时存在爆发和产生等离子体两个临界电压。然后利用D-最优化法测试了电阻约为0.8Ω、长度为80μm、宽度为380μm、厚度为2μm、V型角为90°的半导体桥的临界爆发电流、临界爆发电压和产生等离子体的临界电离电压等数据,通过加载不同的电压,得出了爆发时间与充电电压之间的规律。     

斯蒂芬酸铅的半导体桥点火试验研究

通过对半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)装药条件下发火电压、发火电容及积分能量对点火时间影响的对比,结合不同点火条件下,桥体两端电压曲线、电流曲线和电流二次峰出现时间的比较,研究了斯蒂芬酸铅(LTNR)的半导体桥点火机理。试验发现特定的点火电路下,SCB点火时间存在一个临界值,且SCB等离子体形成的快慢直接影响点火时间。在充电电压从大到小的点火过程中,在桥与药剂之间存在2种不同的点火机理,在较高点火电压下为等离子体点火机理,在低电压为热点火机理。     

压敏电阻对半导体桥火工品电爆性能的影响

压敏电阻能有效抑制浪涌电压,可用于火工品电磁防护。为研究压敏电阻对半导体桥(SCB)火工品电爆性能的影响,本研究在电容放电(47μF、22 V)与恒流(100 ms)激励条件下测试了并联压敏电阻前后典型尺寸SCB火工品100μm(L)×400μm(W)×2μm(T)和低发火能量SCB火工品20μm(L)×100μm(W)×2μm(T)的爆发时间和爆发消耗能量的变化规律。电容放电实验(47μF、22 V)结果 t检验表明,并联压敏电阻前后的典型SCB火工品的爆发时间和爆发能量均无显著性变化;对于低发火能量SCB火工品,并联击穿电压较低的压敏电阻时,爆发所需能量升高14%,而爆发时间无显著性变化。而恒流(100 ms)激励实验结果表明,压敏电阻对两种SCB火工品电爆性能均无显著性影响。     

SCB传热模型及点火能量验证

以电容放电的方式研究了半导体桥(SCB)点火过程与药剂之问可能存在的能量作用形式.设计了不同的点火实验,有针对性地验证了等离子体对药剂的冲击作用和渗透热作用.从等离子体存在形式出发,利用等离子体传热理论,初步建立了等离子体传热模型.对斯蒂芬酸铅(LTNR)、叠氮肼镍(NHA)和硝酸肼镍(NHN)进行单颗粒球形传热模型的Fourier分析和数值模拟,并对三种药剂进行了SCB点火实验.LTNR、NHA、NHN三种药剂的最低点火电压分别为11,15,39 V.点火实验结果表明,药剂的导热系数影响SCB点火属性,导热系数小的药剂对应的最低点火电压也小.结合模拟的结果得到了SCB等离子体点火中,渗透热作用为主要能量作用形式的结论.     

半导体桥电爆过程的能量转换测量与计算

对电容激励模式下半导体桥(SCB)的电流、电压以及光的变化进行了测试,从能量的角度对半导体桥电爆换能过程进行了分析,并对电爆换能过程中硅桥物质形态的变化进行了量化分析,在电容为22μF、充电电压为45 V的情况下,SCB上电压为最低时(2.18μs,10 V)有61.1%的桥区熔化,SCB上电压为最高时(3.48μs,43 V)桥区有14.5%气化,在SCB发火光强最亮时(17.60μs)有70.3%的半导体硅桥电离。     

半导体桥电流电压特性理论仿真研究

通过试验获得了充电电容对半导体桥(SCB)放电过程中SCB两端的电压以及流过SCB的电流,利用分段计算电阻值变化方法,得到了SCB的温度与电阻的关系,然后运用该关系模拟了SCB的电压——时间和电流——时间的关系曲线。该模拟方法主要从SCB电爆特性的物理意义出发,无需大量的数学束缚条件,且得到的模拟数值与试验结果基本一致。