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.     

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。     

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。     

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。     

数字控制爆电换能输出能量的研究

借鉴美国已商用化的“DIGIDET(R)“数字工程式雷管的设计方案,模拟反铁电陶瓷爆电换能源的输出特性,采用CPLD数字芯片设计出精密控制高压短脉冲能量在规定延迟时间后,再作用于起爆负载的电路.     

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.     

爆炸桥箔加速贮存前后的电爆特性

为了获得爆炸桥箔贮存后的电爆特性,对爆炸桥箔开展了高温(90℃)和高温高湿(80℃,RH95%)条件下的加速寿命试验。利用照相、扫描电镜分析、发火试验和光子多普勒测速(PDV)方法,研究了加速贮存试验前后爆炸桥箔的形貌、电爆特性和飞片速度。结果表明,加速贮存后桥箔的表面均发生了氧化,高温高湿条件下,杂质元素污染及湿度造成桥箔的颜色变化显著,电阻均值由贮存前的30.3 mΩ上升至66.8 mΩ。高温对桥箔的爆发电流、爆发电压和爆发时间没有显著影响。高温高湿贮存后桥箔的爆发电压显著降低。加速贮存后爆炸桥箔在聚酰亚胺基底的附着能力变差。PDV测速结果表明,随着加速贮存时间的延长,飞片速度由3600 m·s~(-1)降至2100 m·s~(-1)(高温)和1200 m·s~(-1)(高温高湿),加速贮存会影响桥箔驱动飞片的能力,高温高湿条件对飞片速度影响更严重。     

空间电爆装置的设计

要求电引爆元件设计方法上作重大改进是为了保证生产出在发射条件下和空间环境中能够可靠使用的电爆装置。     

负温度系数热敏电阻对半导体桥电爆性能影响

温度是影响火工品电磁防护其防护效果的主要因素,负温度系数(NTC)热敏电阻用于半导体桥(SCB)能有效提高其射频感度。采用恒流激励和电容放电两种实验,对不同环境温度下NTC热敏电阻对SCB性能的影响规律进行了研究。通过1 A 5 min恒流激励实验,分析了室温(25℃)和高温(70℃)时NTC热敏电阻的并联分流情况;25℃时NTC热敏电阻分走59%回路电流,70℃时,对小尺寸SCB(S-SCB)的分流率最大达到63%。在电容放电激励下,探讨了并联NTC热敏电阻SCB在25℃和70℃时电爆性能的变化情况。结果表明,并联NTC热敏电阻前后,典型尺寸(L-SCB)在25℃和70℃下的爆发时间和爆发消耗能量均无显著性变化。而S-SCB并联NTC热敏电阻后,当温度从25℃升至70℃,爆发时间从5.94μs增长到7.18μs,爆发消耗积分能量从0.388 m J降低到0.178 m J。     

降低半导体桥/斯蒂芬酸铅发火能量的技术途径研究

进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。     

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。     

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.     

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。     

MEMS火工品换能元的研究进展

换能元作为微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品的核心部件,是MEMS火工品安全性和可靠性的重要影响因素,对整个武器系统的影响也是不可忽视的。文中从换能元的基底和电阻材料研究、结构设计等角度,综述了近年来MEMS火工品换能元的最新发展研究。介绍了MEMS火工品换能元的两大关键技术:MEMS火工品换能元的设计制备方法以及换能元性能参数的测试表征。指出:具有微型化、集成化、多功能化和高可靠性的MEMS火工品换能元是未来研究的热点。为M EM S火工品换能元的设计研究提供理论支撑,应加强微尺度下的热散失特性以及桥区电阻特性研究。认为复合含能薄膜桥换能元是MEMS火工品换能元的一个重要发展方向。     

不同桥形微结构换能元的仿真设计与实验研究

微结构换能元是微机电系统(Micro Electro?Mechanical Systems,MEMS)火工品的关键器件,其桥区微结构设计对MEMS火工品的输出性能和能量利用率具有显著影响。为完善MEMS火工品微结构换能元设计理论,设计制作了8种不同桥形微结构换能元,采用仿真研究与红外测试等手段进行微结构换能元桥形结构优选与微结构效应研究,获得了V?50和L?1两种优选桥形结构换能元,揭示了不同桥形结构对换能元输出性能的影响规律,其中V?50桥形微结构换能元平均发火电压达到了100μF/3.5 V,能量利用率为46.6%。