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。     

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。     

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。     

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。     

压电陶瓷用于半导体桥点火的研究

根据多层压电陶瓷产生电量的理论计算和分析,制作了压电陶瓷堆,利用压电陶瓷在爆炸冲击作用下产生的能量对半导体桥火工品进行了点火试验,并研究了压电陶瓷层数、爆轰激励源大小对点火的影响。结果表明:压电陶瓷片层数越多,其输出电压越高,输出能量越大;施加的爆炸冲击波压力越大,其输出的电压越高,能量也越高。因此,压电陶瓷用于半导体桥点火是可行的。     

含能材料激光点火性能研究

研究了包括不同粒径黑火药、烟火剂、发射药等含能材料在激光作用下的点火性能,测量了相应的点火延迟时间,并进行了分析.建立了含能材料在强瞬态激光脉冲作用下点火的数学物理模型,并进行了数值仿真.     

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.     

半导体桥点火电路的设计与仿真

根据半导体桥的点火机理,设计了电容充放电式点火电路,采用了绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为充放电过程的开关器件,对电容充放电过程的数学模型进行了建立,并对电路参数的选择进行了详细的介绍.对所设计的电路进行了仿真,通过分析电路中各参数对半导体桥点火性能的具体影响,得出了对点火性能产生影响的主要因素.输出的仿真结果证明,该电路的设计可以安全有效地实现半导体桥点火,为今后做进一步的电路设计和研究奠定了一定的基础.     

图形反转剥离工艺用于复合含能点火桥膜的制备

为了制备高点火能力的复合含能桥膜,对图形反转剥离工艺进行研究,发现其倒梯形的光刻胶剖面有利于制备高精度的厚膜图形。以Ti为过渡层,在Si3N4/Si基底上成功制备出线宽80μm、厚度2μm的W型Ni/Al多层复合含能桥膜,形状完整清晰;SEM和EDS分析表明,桥膜表面晶粒均匀,成分稳定。采用高速摄影仪分别拍摄了等尺寸、等厚度的Al桥膜、Ni桥膜和Ni/Al复合桥膜在100μF电容(140V充电电压)放电下的无药点火情况,发现Ni/Al复合桥膜反应迅速,火焰喷射面积更大,并能抛撒出大量火花,且持续时间最长。     

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%。     

具有电压保护功能的半导体桥点火元件

半导体桥点火装置（10），具有整体电压防爆保险功能，它的电路包括一个发火线路，还可选择性地带有一根监测线路。发火线路包括半导体连接区（14a,14b)，连接区互相分离，通过桥（14c)相连接；还包括处理在连接区（14a,14b)上的金属化层（16a,16b)，于是作用在金属化层（16a,16b)上的电势能产生足够的电流，通过电路的发火线路，在桥（16c)处释放能量。介电层（15）被夹在发火线路中，它的击穿电压就是所选定的临界电压（Vth)，因而能够在有低于临界电压（Vth)的杂散电势作用时，保护装置使其不起作用。电路中的连续性监测线路与发火线路并联，它或者可以是一个可熔链（34）（fusible link)，或者可以是一个电阻器（36）。     

半导体桥火工品点火过程中桥体电压-电流特性

为研究半导体桥点火的特性,分析了半导体桥的结构特点和电阻特性,根据桥体的工作过程建立了半导体桥电特性的计算模型,对不同几何尺寸的桥体和相同尺寸下不同氧化层厚度的桥体进行数值模拟,分析了整个过程中半导体桥两端电压和电流的变化趋势.数值模拟得到3个不同桥体尺寸的电压-电流曲线.结果表明,桥体几何尺寸越大,达到熔点所需要的电压越高,即所需要消耗的输入能量越多.     

含能材料在激光作用下的点火特性

综述了国内外关于含能材料在激光作用下点火特性的研究现状,综合给出了激光的功率、脉宽、光点尺寸以及含能材料的粒度、密度和掺杂对药剂点火阈值能量和延迟时间的影响规律。     

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。     

纳米Al-CuO/氧化石墨烯含能点火桥膜的制备与电爆性能研究

首先通过静电自组装将Al和CuO纳米粒子均匀负载在GO片层上,得到纳米Al-CuO/GO复合含能材料最佳制备工艺;再利用电泳沉积法在硅基底的Cu桥膜上制备Al-CuO/GO含能点火桥膜;最后,以电容放电的激发方式,开展了纳米Al-CuO/GO含能点火桥膜的电爆性能研究。结果表明:在相同能量激发下,纳米Al-CuO/GO含能桥膜的电爆时间更短、能量利用率更高、释放能量更高。     

含能材料电流点火感度的概率分布研究

将Frank-Kamenetskii参数和电阻假设为正态分布的随机变量,应用二维随机变量函数的概率密度公式,推导出了含能材料电流点火感度的概率密度函数.进一步得出了含能材料电流点火的可靠度的计算方法.结果表明：含能材料的电流点火的感度分布函数不是一个简单的数学函数,而是由桥丝的电阻、质量、比热容和含能材料的比热容、密度、反应热、频率因子、导热系数、活化能等物理化学参数综合影响的复杂函数.     

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。