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。     

基于Al/CuOx复合薄膜半导体桥间隙点火性能研究

为了提升半导体桥(SCB)的点火能力,尤其是点燃钝感药剂的能力,采用磁控溅射技术将Al/CuO_x复合薄膜与半导体桥相融合,形成含能点火器件,并研究了该含能点火器件的发火感度和点火能力。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)研究了Al/CuO_x复合薄膜的微观形貌和组成。结果表明,在溅射过程中氧化铜薄膜主要以黑铜矿(Cu_2~(1+)Cu_2~1+O_3)形式存在;复合薄膜中Al、Cu、O三种元素质量分数分别为28.8%,32.5%和38.7%,且Al与Cu原子比例接近于理论比1:1;差示扫描量热仪(DSC)显示Al/CuO_x复合薄膜放热量约为2175.4J·g~(-1);高速摄影技术测试Al/CuO_x复合薄膜的燃烧速率约为3.0m·s~(-1);兰利法测得该含能点火器件50%发火电压为8.45 V,99.9%发火电压为12.39 V。点火能力实验表明,在点火间隙为4 mm时,该含能器件能够点燃钝感点火药硼-硝酸钾(B/KNO_3)药片,显著提升了半导体桥的点火能力。     

降低药剂SCB点火能量的研究进展

半导体桥(SCB)点火技术研究中,点火能量的降低是一个重要的研究部分。影响SCB点火能量的因素很多,本文主要从SCB结构、SCB药剂点火机理、药剂装药等几个方面分析总结了降低药剂SCB点火能量的方法。认为,从以下几个方面可以有效地降低SCB点火能量:(1)小截面SCB(23μm(L)×67μm(W)×2μm(t));(2)斯蒂芬酸铅(LTNR)作为SCB点火药剂;(3)药剂粒度在5μm以下;(4)压药压力不小于30 MPa;(5)掺加微米级的Zr粉;(6)选用导电导热差的G10管壳装药。     

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。     

半导体桥电容放电特性研究

通过分析半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)在相同电容不同电压下的电压电流曲线和桥面的烧蚀情况,研究了SCB的放电特性。实验发现:在相同电容下,随着充电电压的升高,SCB从无等离子体到有等离子体产生,且桥面的烧蚀程度增大。在低电压无等离子体时,电压和电流几乎同时断开;高电压产生等离子体时,由于等离子体是导体,在电压断开后电流持续一段时间断开。小电容放电时,其时间常数较小,较小的能量就可以将药剂点燃。     

瞬态电压抑制二极管对半导体桥换能元电爆特性影响的模拟

为了解决瞬态电压抑制二极管(TVS)用于半导体桥火工品抗静电设计的参数优化问题,采用电路模拟和试验相结合的方法,构建了电容放电发火测试电路等效模型和半导体桥PSpice电子器件模型,研究了TVS参数对半导体桥换能元电爆特性的影响。结果表明,当钽电容等效串联电阻为288 mΩ,钽电容等效串联电感为0.68μH,导线电感为40 nH和回路电阻为3.3 mΩ时,22μF/16 V电容放电发火电路的等效电路模型和实际吻合。以阻抗-能量列表模型的方式创建的半导体桥PSpice电子器件模型模拟曲线和实际曲线吻合,且模拟电爆数据偏差小于3%。模拟和试验结果表明,TVS对半导体桥电爆性能的影响程度随着其击穿电压的升高而降低。当TVS的击穿电压在8～12 V之间时,即使TVS击穿电压低于半导体桥发火电压,半导体桥仍能正常爆发,TVS击穿造成的分流导致半导体桥爆发延迟(2μs),且延迟时间随着TVS击穿电压的降低而延长。     

两种粒度叠氮化铅半导体桥点火特性研究

用半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)研究了点燃两种不同粒度(细化5～15μm和结晶300μm)的叠氮化铅(LeadAzide,LA)所需的电压、电流和光信号。结果表明:细化LA被SCB点燃时,其出光时间早于SCB二次峰结束时间,而结晶LA出光时间要晚于SCB二次峰结束时间。随SCB点火电压增加,SCB二次峰的持续时间以及出光时间均缩短。由D-最优化法所得两种LA点火数据显示:细化LA的最小发火电压是结晶LA的50%。     

半导体桥对含能材料的点火特性研究

在10μF钽电容放电激励下,对两种阻值相当质量不同的半导体桥(SCB)和细化的发火药剂斯蒂芬酸铅(LTNR)和叠氮化铅(PbN6)所组成的发火件进行了实验研究,根据发火件的电特性变化和发火现象发现半导体桥存在电热发火、电爆发火和等离子体发火三种情况,测试了SCB/LTNR和SCB/PbN6发火件的50%发火电压和发火时间。结果表明半导体桥的发火电压阈值不仅与发火药剂有关,还与半导体桥换能元有关,所以半导体桥的设计存在最佳质量,通过对比得知LTNR比PbN6感度高,PbN6比LTNR的燃速高。     

起爆药等离子体感度研究

半导体桥产生的等离子体起爆火工药剂时,存在起爆难易问题,即不同起爆药对等离子体的感度不同。通过研究示波器采集半导体桥引爆起爆药时的信号,获取了半导体桥释放能量、电压-时间曲线中二次峰持续时间、光信号出现时间以及电压断开时间等数据,并利用D最优化法程序对数据进行了处理。结果表明:斯蒂芬酸铅、叠氮肼镍、硼/铅丹由半导体桥产生的焦耳热引燃;苦味酸铅,叠氮化铅,硝酸肼镍,斯蒂芬酸钡由等离子体引燃,其感度顺序是:苦味酸铅叠氮化铅斯蒂芬酸钡硝酸肼镍。     

基于新型半导体激光系统的B/KNO3/PF点火特性

为了研究点火系统的发火性能和点火特性,设计了一种新型可自检半导体激光点火系统和以微米级B/KNO3/酚醛树脂(PF)为装药的激光点火器。采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、激光反射率和发射光谱等测试获取了药剂的形貌尺寸、元素分布、热性能、激光吸收效率和药剂粒子激发谱线等性能参数;通过激光点火系统启动点火器发火研究了激光脉宽对B/KNO3/PF药剂发火性能和点火特性的影响。结果显示:较大PF质量比(4.8%)的和较小颗粒(平均粒径6.97μm)的B/KNO3/PF药剂在DSC曲线中起始反应温度降低,放热量增加。点火器点火启动分为一次点火和二次点火两个过程,激光脉宽对点火器的点火特性有显著影响。当激光脉宽为5 ms和10 ms时,点火器能够正常发火,其50%发火能量分别为6.23 mJ和12.54 mJ。通过调节激光的脉宽和能量,获得点火器的一次点火延迟时间为3.50~4.69 ms,二次点火延迟时间为7.23~8.08 ms,火焰持续时间为58~83.5 ms;当激光脉宽为2 ms时,激光点火系统无法激励点火器正常发火。这种特性与半导体脉冲激光能量输出规律相符合。     

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.     

半导体桥火工品研究新进展

半导体桥火工品属高新技术火工品，因其具有高安全性。高可靠性，高同步性，高工艺一致性，低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等一系列优异性能。发展十分迅速，本文从理论，结构，封装，测试和改进等方面评介了半导体桥火工品研究的新进展。并指出半导体桥（SCB）火工品是桥丝式火工品的理想换代产品，且有更广泛的应用范围和前景；今后应在理论基础。生产自动化。低电压点火起爆和直列式钝感技术等方面进行研究与开发。     

Experimental Study on Plasma Temperature of Semiconductor Bridge

The plasma temperature of the semiconductor bridge (SCB) was measured in real-time according to relative intensity ratio of dual lines of atomic emission spectrum.The plasma temperature under different discharge pulses and the influence of discharge pulse energy on it were studied.The results show that the plasma peak temperature rises gradually with the increase of initial discharging voltage and charging capacitance.For the capacitance of 22 μF,if the initial discharging voltage increases from 21 V to 63 V,the plasma peak temperature rises from 2 000 K to 6 200 K.For the discharging voltage of 39 V,the peak temperature rises from 2 200 K to 3 800 K when the capacitance increases from 6.8 μF to 100 μF.The change of pulse discharge has a very small effect on the plasma temperature at the late time discharge (LTD).In view of the change of plasma temperature with the pulse energy,the discharging voltage has a greater effect on the plasma temperature than the capacitance.The results provide some experimental basis for the further research on SCB ignition and detonation mechanisms.     

单质炸药在等离子体作用下的起爆响应

为了得到单质炸药在等离子体作用下的起爆响应规律,以镍-铬(Ni-Cr)丝和钨丝电爆炸作为等离子体产生源,进行了单质炸药的等离子体起爆实验,采用示波器测定等离子体的电压和电流,以见证板判定炸药是否爆轰。结果表明,Ni-Cr丝等离子体对奥克托今(HMX)的起爆能力强于钨丝等离子体。选用粒度21μm和140μm,装药密度相差10%的HMX起爆,粒度较小和装药密度较小时,HMX的等离子体起爆响应更剧烈。单质炸药奥克托今(HMX),2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105),1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12),三氨基三硝基苯(TATB)可被等离子体起爆。2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)由电爆炸产生的热作用引燃。炸药的Ni-Cr丝等离子体感度顺序为:HMXLLM-105≈FOX-7FOX-12TATB。推断等离子体起爆炸药的机理为混合起爆。提出了基于等离子体的颗粒燃烧模型。     

原子发射光谱双谱线法测量半导体桥（SCB）等离子体温度（英）

在原子发射光谱双谱线法的基础上,设计了含有两个干涉滤光片和光电倍增管双谱线测温系统。仪器的最高的时间分辨率为0.1μs。讨论了不同能量输入条件下SCB等离子体的温度和等离子体的存在时间。实验结果表明在电压24~32 V,电容68μF不变的情况下,等离子体的温度从2710 K升高到3880 K,等离子体存在时间从170.7μs上升到283.4μs。     

高钝感半导体桥发火性能研究

为了提高半导体桥（SCB）火工品的安全性,在SCB极脚间并联负温度系数（NTC）热敏电阻,可使NTC-SCB半导体桥满足1.5 A不发火、最高2.0 A不发火的高钝感要求。研究了1.0 A和 1.5 A通电条件下NTC热敏电阻与SCB并联后的分流情况,通过电容放电、恒流激励下的发火实验和发火感度实验对比分析了SCB、NTC-SCB和1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后的NTC-SCB半导体桥发火性能。结果表明：在1.0 A、1.00 W、5 min和1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验条件下,NTC热敏电阻的分流比约为35%和62%,达到热平衡时的温度大约为112 ℃和170 ℃; 在33 μF、30 V电容放电条件下并联NTC热敏电阻及1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后,SCB的发火时间和临界发火能量均没有出现显著性变化;在7.0 A恒流激励下,由于输入能量速率较慢以及NTC热敏电阻分流的原因,发火时间和临界发火能量均有较明显提高;SCB的99.9%发火电流在并联NTC热敏电阻后从2.329 A增加到3.709 A,NTC-SCB的99.9%发火电流在1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后从3.709 A增加到4.285 A,仍然可用于提供大于5.571 A电流的火工装置。     

MEMS用含能薄膜研究现状及进展

在综合分析国内外含能薄膜相关文献的基础上,认为金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥及纳米多孔硅/氧化剂复合薄膜制作工艺与微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)器件制备技术具有良好的兼容性,在此基础上阐述了上述三种薄膜材料的制备方法及输出特性,认为MEMS火工装置为火工技术的发展提供了一个重要的研究方向。