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...     

半导体桥生成等离子体温度的测量

应用原子发射光谱双谱线测温法原理,采用高速数字存贮示波器对半导体桥生成的等离子体温度以及桥上电压、电流变化进行了实时瞬态测量,获得了等离子体温度以及半导体桥上消耗的能量随时间变化的曲线,在半导体桥两端施加21 V电压的条件下,对6.8、15、47、68、100 μF五种不同容量的钽电容对半导体桥的作用时间、消耗能量以及生成等离子体温度的影响进行了研究,结果表明: 半导体桥生成等离子体最高温度与电容呈线性关系,其最高温度由6.8 μF时的2242 K升高到100 μF时的3324 K.     

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。     

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。     

半导体桥静电作用前后点火特性

对静电作用过的半导体桥和未经受静电作用的半导体桥进行D-最优化点火实验,得到全发火电压,并在全发火电压下点火,用示波器采集电压、电流以及发火时间等信号,用显微镜观察桥面的烧蚀情况并计算烧蚀面积。分析得到:静电对半导体桥的桥膜产生了损伤,静电电压越大,烧蚀面积越大;经过静电作用的桥与未静电作用的桥相比,全发火电压降低,发火能量减小,桥变得更加敏感。对全发火电压下的发火能量和发火时间进行t检验,得到21 kV是临界值,静电电压大于21 kV,静电对桥的性能影响明显;小于21 kV,静电对桥的影响不大。     

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。     

复合半导体桥的电爆特性

针对半导体桥小型化带来的点火可靠性问题,制备了复合半导体桥,采用高速存贮示波器对其在22μF电容不同充电电压下的电爆过程进行了研究,并与多晶硅半导体桥的电爆性能进行了对比。结果显示:在电爆过程爆发前,复合半导体桥和多晶硅半导体桥的电爆过程基本一致;爆发后特别是在高压时(50 V),与多晶硅半导体桥相比,复合半导体桥上电流下降缓慢,爆发所需时间稍偏长,作用于等离子体上的能量稍多;爆发后3μs内,复合半导体桥作用于等离子体上的能量增加较多,因此复合半导体桥点火可靠性更高。复合半导体桥上金属薄膜的存在是造成上述结果差异的原因。     

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。     

半导体桥上尖角、圆孔对其电爆性能的影响（英）

设计了14种带有尖角和圆孔的半导体桥,研究了在电容放电发火条件下尖角、圆孔对其发火时间、发火所消耗的能量等性能参数的影响规律,并从半导体桥的作用机理方面对实验结果进行了分析.结果表明,SCB上V型尖角使得SCB发火时间和发火所消耗的能量明显降低,而圆孔对SCB发火性能影响不明显.     

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。     

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。     

Research on 2D Model of Capillary Discharge Plasma

The physical process of capillary discharge in a PE tube utilized in electro-thermal-chemical(ETC)guns was investigated.ETC guns can enhance the ignition and combustion of propellant in order to reduce the ignition delay and increase muzzle velocity of the projectile.A key component in ETC gun is the capillary plasma source.In this paper,a 2D steady state model of discharge was built by using magnetic hydrodynamics method.It took the plasma energy balance,material ablation,mass and momentum conservations in...     

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。     

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(SCB)冲击片起爆技术研究

优化设计了硅半导体芯片及桥区参数,并对SCB冲击片起爆HNS-Ⅳ炸药及影响发火能量的因素进行了试验研究。结果表明,致密性好的SCB多晶硅,厚度为4μm时,50%发火能量低,起爆重现性好。     

金属电爆炸等离子体辐射温度测量

为了研究金属电爆炸现象,采用多通道光学高温计对金属桥箔和金属桥丝电爆炸产生的等离子体光谱辐射亮度进行了测量.根据普朗克黑体辐射定律,计算了金属桥箔和桥丝电爆炸后,等离子体产物的辐射温度.桥箔电爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在3.0×104K～4.5×104K之间,桥丝爆炸等离子体的最大辐射亮温度约在2.3×104K～3.50×104K之间.     

关于降低半导体桥发火能量的理论探讨

为提高电功率密度、减小能量损失,对于电容放电加载的半导体桥,提出缩短桥长是降低发火能量的有效途径的观点.利用半导体桥阻抗温升特性的不可逆现象,提出通过加热预处理减小初始电阻,从而降低半导体桥发火能量的方法.     

等离子体增强火炮发射性能的实验研究

在30mm电热化学发射装置上进行了输人电能、装填密度和火药种类影响发射性能的实验研究。实验结果表明：在等离子体脉冲的作用下．火药燃烧过程得到增强．燃气生成速率提高，导致较陡的起始压力上升曲线。在较大能量和脉宽的电脉冲作用下，在不增加最大膛压的情况下能有效地提高炮口初速。某些经过表面处理的火药可以在抑制最大膛压升高的同时保持等离子体对火药燃烧的电增强效应，提供了一种提高发射效率的有效途径。     

半导体桥芯片静电加固的研究

针对桥区形状为尖角形的半导体桥在尖角处电流密度过于集中、易发生静电损伤的问题,提出将半导体桥的尖角部分设计为圆弧的形状,达到提高半导体桥抗静电能力的目的。静电实验发现圆弧型半导体桥在10000pF电容、25kV电压并且串联5000Ω电阻的静电冲击条件下完好无损。33μF电容、19V电压放电模式下,静电冲击前后圆弧型半导体桥的发火时间基本没变,而尖角型半导体桥的发火时间发生了较长的延迟,证明圆弧型半导体桥在保证发火的前提下抗静电能力得到增强。     

半导体桥火工品在油气井中的应用

分析了半导体桥的结构特点和起爆机理,针对油气井的特点,从安全性与可靠性方面综述了半导体桥技术的应用情况,提出半导体桥雷管在石油行业有良好的应用前景.