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。     

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。     

叠氮肼镍半导体桥点火研究

研究了一种新型高威力起爆药叠氮肼镍(nickel hydrazine azide,NHA)的半导体桥(semiconductor bridge,SCB)点火性能,确定了其最佳的点火参数为压药压力60MPa,电容47μF,药剂粒度49μm。研究其电压-时间曲线和电压-点火能量曲线发现:在高电压下,半导体桥产生等离子体将药剂点燃,低电压下,半导体桥产生的焦耳热可以在炸药中形成热点,将药剂点燃。     

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。     

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。     

温度对半导体桥电爆性能影响初探

为了研究温度对半导体桥（SCB）电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25℃和-40℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25℃和-40℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47μs降低至0.25μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7℃;-40℃时的SCB临界发火电压比25℃时高0.6 V。     

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.     

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。     

多晶硅与Al/CuO复合薄膜集成的含能点火器件的点火性能

为研究多晶硅桥型与尺寸对Al/Cu O含能点火器件点火性能的影响规律,用多晶硅和Al/Cu O复合薄膜集成制备了6种不同形状和尺寸的含能点火器件,采用尼亚D-最优感度试验法测试了四种尺寸、两种桥形共6种类型(S、M、Lr、Lv、Hr、Hv)点火器件的点火感度。探索了临界爆发电压,得到了点火时间随激励电压的变化规律。采用感度实验和点火实验对比研究了多晶硅点火器件和含能点火器件的点火性能。结果表明,含能点火器件的感度与点火时间随桥膜体积的增大而减小。V形桥膜有助于降低作用时间与作用所需能量。Lv型含能点火器件感度为8.19 V,标准偏差0.14,均低于Lv型多晶硅点火器件(8.70 V、0.53)。Lv型含能点火器件14 V时的点火时间(52.85μs)比多晶硅点火器件点火时间(109.12μs)短,且该差值随激励能量升高而降低。     

3种点火药点火性能试验研究

以常用点火药剂NC(硝化棉)、奔奈和BP(2~#小粒黑)作为点火药,以点火延迟时间及特征点火药量作为点火性能判据,考察了3种点火药的点火性能。点火性能实验结果表明:BP点火延迟时间最短,电热镍镉桥丝点火时间约23ms;奔奈点燃发射药的能力最强,点燃RGD7A基发射药特征点火药量较NC和BP少6%;使用BP和奔奈作为点火药,可使装药的点火燃烧速度提高。     

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。     

新型碳基导电药无桥火工品研究

为开发抗静电能力强、制作工艺简单的新型火工品,利用碳纤维独特形状及特殊电热转换特性,将其分别与叠氮化铅（LA）、斯蒂芬酸铅（LS）和叠氮肼镍（NHA）混合制备了碳基含能复合起爆药（CEC）,并用于陶瓷塞火工品和M100独脚电雷管。通过改变碳纤维含量,研究了CEC火工品发火性能及静电感度等性能。发火特性及安全性实验结果表明：当碳纤维添加量为30%时,火工品发火电压最低,3种火工品50%发火电压由低到高依次为NHA-CEC火工品（14.1 V）、LS-CEC火工品（17.6 V）和LA-CEC火工品（27.8 V）,安全电流分别为280 mA、250 mA和180 mA,其对应的脚-脚间50%发火静电电压分别为28.9 kV、27.3 kV和30 kV,脚-壳间抗静电能力大于25 kV. 高速摄影和雷管铅板实验结果表明：3种火工品均具有可靠的点火能力,其中LA-CEC和NHA-CEC能可靠起爆黑索今炸药并将铅板炸穿。相比于桥丝火工品和半导体桥火工品,该碳基含能复合物装配的无桥火工品具有抗静电能力好、制备方法简便、成本低廉的优点。     

基于三维两相CE/SE方法的点火位置对固体燃料PDE的影响研究

针对固体燃料的燃烧、爆轰在火箭发动机和火炸药领域的广泛应用,以铝粉/空气为例,在考虑其化学反应特征的基础上,建立了气固两相管内爆轰三维数学模型,并采用守恒元-求解元方法(CE/SE方法)求解。推导了三维两相含组份变化的雅可比矩阵。在经过编程计算之后,对其结果进行分析。结果表明:无论是采用哪种点火位置,都可以实现稳定爆轰。当采用壁面位置点火时,压力峰值出现的时间总是早于温度峰值出现的时间;当采用中心位置点火时,压力峰值与温度峰值到达的时间一致。计算结果对固体燃料PDE的研究具有一定的指导意义。     

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.     

一种碳膜桥的点火特性研究

以类石墨碳膜为点火材料制作了碳膜电点火桥,研究了温度对碳膜电点火桥阻值和发火性能的影响,并比较了两种常用起爆药剂的碳膜电点火桥的发火性能,同时对碳膜电点火桥进行了脚-脚间抗静电测试。结果表明:碳膜电点火桥是一类具有负温度系数、发火区间小、散步精度高、安全性高且制作简便的点火件,具有极强的应用前景。     

快速点火技术应用研究

为解决传统点传火方式作用时间长、燃速低、点火不均匀等问题,对A、B两种结构传火管进行压力——时间测试,分析对比了配用于爆炸网络点火技术的A型传火管、配用于LVD中心点火技术的B型传火管与普通传火管的点传火性能。试验结果表明：采用快速点传火技术的传火管传火速度大大提高,点火压力增大,点火后燃烧稳定。其中爆炸网络A型传火管的传火速度是普通A型的近40倍,平均点火压力峰值是普通A型的2倍;LVDB型传火管传火速度是普通B型的4-5倍,平均点火压力峰值增长十几兆帕。此外,分析了LVD中心点火技术与爆炸网络点火技术的特点及应用前景。     

液体推进剂液滴电点火特性的实验研究

为了研究HAN基液体推进剂电点火特性,设计了液体推进剂液滴低压电加热点火模拟试验装置,利用高速录像系统,观测了HAN基液体推进剂LP1846单滴在不同电加热速率下的点火特性,结果表明,LP1846液滴在通电时主要经历四个特征过程,即:蒸发过程、周期性膨胀收缩过程、热分解过程和着火燃烧过程,且在膨胀收缩过程中伴有微爆现象发生。电压加载速率从80 V.s-1增大到140 V.s-1过程中,液滴着火延迟期从0.82 s变为0.62 s,呈线性缩短,且着火时火焰越明亮。     

基于快速压缩机的二甲醚燃烧特性研究

为了研究二甲醚（DME）的燃烧特性,在初始温度293 K、驱动压力0.6 MPa、初始压力0.04~0.08 MPa、氮气稀释率47.29%~60.81%、压缩比8.82~12.02的实验条件下,利用快速压缩机（RCM）研究了初始压力、氮气稀释率、压缩比对DME-O₂-N₂混合气着火延迟期和最高燃烧压力的影响。结果表明：DME-O₂-N₂混合气出现两阶段放热现象与两阶段着火延迟期;随着压缩比的增加,混合气的着火延迟期出现负温度系数（NTC）现象,随初始压力的升高,出现NTC现象的温度向高温方向发展;随氮气稀释率的增加,出现NTC现象的温度向低温方向发展;初始压力一定,不同压缩比下,随氮气稀释率的增加,混合气的最高燃烧压力和第2阶段着火延迟期呈相反的变化趋势;氮气稀释率一定,不同初始压力下,随压缩比的增加,混合气的最高燃烧压力和总着火延迟期呈相反的变化趋势。     

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...