Ti/B多层结构含能点火元件的制备与表征

设计了含能桥的结构,采用磁控溅射方法制备硼/钛多层含能桥。对含能薄膜进行X射线衍射图谱测试,并用扫描电镜对含能桥进行了断面和表面形貌观察,可以看到多层连续结构。用HS4540MX12高速摄像系统记录下来含能桥发火过程,火花溅射距离可达到30 mm左右。进行了含能桥对BNCP药柱的点火试验,成功隔离点火。     

一种Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件的制备及性能

为了提高Ni-Cr薄膜发火件的安全性和点火能力,使用磁控溅射技术将Al/CuO含能薄膜与Ni-Cr薄膜发火件复合,制备了一种新型的Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件。该Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件既可以用作换能元,又可以作为最简单的电点火元件,从而简化点传火序列,适应弹药微型化的发展需求。测试其1A1W5min安全性、电发火感度和点火能力。结果表明,Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件满足1A1W5min安全性要求;50 ms临界发火电流为3.08 A,最小全发火电流为3.18 A,最大不发火电流为2.98 A,安全裕度较高;在相同条件下,Ni-Cr@Al/CuO钝感含能元件可以点燃硼/硝酸钾,并且可实现1 mm的间隙点火,而Ni-Cr薄膜发火件不能成功点燃硼/硝酸钾。     

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。     

Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征

用磁控溅射法制备了Al/Ni、Al/Ti纳米多层薄膜。用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射仪(XRD)对其进行了结构表征和成分分析。用差示扫描量热法(DSC)测定了纳米多层薄膜的反应放热量。结果表明: 工作压力为0.4 Pa,Al、Ni、Ti溅射功率分别为200,220,180 W条件下制备的Al/Ni、Al/Ti多层薄膜表面均匀致密,无尖锐峰,层状结构分明,组成成分分别为Al、Ni和Al、Ti单质状态; Al/Ni、Al/Ti多层薄膜放热量分别为1134.64,918.36 J·g-1,达到理论值的82.2%, 80.7%。     

Al/CuO含能薄膜换能芯片薄膜反应的模拟分析

为了探究含能薄膜在换能元火工品点火过程中的点燃机制,建立Al/CuO含能薄膜换能芯片结构的傅里叶传热模型,利用COMSOL仿真软件对不同电压或电容条件下含能薄膜换能芯片的点火过程进行数值模拟,对比分析电容或电压对含能薄膜温升曲线的影响。仿真结果表明：提高电压或电容使得含能薄膜温升曲线峰值增高或延长,两者都能扩大薄膜反应区域;电容与电压增大或减小均影响半导体桥对含能薄膜的传热效率,导致含能薄膜的温升曲线相对于半导体桥具有滞后性与相似性。     

Al基含能薄膜设计及电爆性能研究

为探究不同材料Al基含能薄膜在低能爆炸箔起爆系统中的电爆性能,对Al基含能薄膜的厚度、桥区形状和尺寸进行了仿真设计,优选出最佳桥区形状,在此基础上通过电爆试验及高速摄影对Al/Ni、Al/Ti、Al/Cu、Al/Cu O 4种Al基含能薄膜的电爆性能及发火过程进行了对比研究。结果表明：Al/Ti薄膜综合性能最佳,具有较大的沉积能量、能量利用率和桥区电流密度,同时最佳起爆电压适中、火焰高度较高、持续时间较长;Al/Ni薄膜所需最佳起爆电压最小,但作用能力较差;Al/Cu O薄膜具有最佳作用能力,但所需最佳起爆电压较大;Al/Cu薄膜的电爆性能最不突出。     

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.     

纳米Al/CuO含能复合薄膜的反应性研究进展

亚稳态分子间复合物(Metastable Intermolecular Composites,MICs)具有超高的反应速率、高体积能量密度、微米级的临界反应传播尺寸等优点,在微型含能器件和火箭推进剂等领域展现出广阔的应用前景。纳米Al/CuO含能复合薄膜是当前亚稳态分子间复合物领域的研究热点之一,其利用气相沉积方法进行制备,与含能微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)的微细加工工艺兼容,在集成化含能器件方面具有极大的应用前景。本文综述了纳米Al/CuO含能复合薄膜的制备、热性能、燃烧性能、反应动力学以及过渡层对其反应性的影响、含能器件(点火器)及其应用技术方面的研究,并对纳米Al/CuO含能复合薄膜的发展方向进行了展望。     

纳米含能材料Al-MoO_3的性能研究

采用超声分散混合的方法,以纳米铝粉和纳米氧化钼为原料.制备了纳米含能材料Al-MoO_3.通过扫描电镜(SEM)和差热分析(DSC)对纳米含能材料Al-MoO_3进行了表征分析,同时进行了火焰感度、激光点火性能和电点火性能测试.结果表明:纳米含能材料Al-MoO_3是亚稳态分子间复合物的一种,它具有较好的火焰感度、激光点火感度和电点火感度,其50%感度分别为37.3cm、1.657mJ和462mA.     

多层Al/Ni含能薄膜在电容放电激励下的能量释放特性和规律

为了研究Al/Ni含能薄膜的能量释放特性和规律,采用微细加工方法制备了双"V"型夹角的Al/Ni含能薄膜换能元。研究了Al/Ni含能薄膜换能元在47μF固体钽电容放电激励下的能量释放特性和规律。电爆炸测试时,用自主研制的ALG-CN1储能放电起爆仪作激励电源。电容器用47μF固体钽电容,充电电压为10～45 V。用高速摄影仪(HG-100K)观察换能元的发火过程。用数字示波器(LeCroy44Xs,4通道)记录换能元发火时电流、电压随时间的变化曲线。结果表明,Al/Ni含能薄膜换能元在电容激励下的电爆过程按照电流变化率(dI/dt)可以分为三个阶段:回路寄生电感的储能,换能元的电爆炸及等离子体加热。与相同桥型的NiCr薄膜换能元比较,所制备的Al/Ni含能薄膜换能元具有输出能量高以及电爆后产生的火花飞溅距离长的特点。发火回路的寄生电感对于换能元的起爆具有重要作用。Al/Ni含能薄膜换能元电爆炸时的输出能量主要来源于两部分:电容的输入能量和含能薄膜释放的化学能。     

Al/CuO复合半导体桥静电安全性研究

为了研究Al/CuO复合半导体桥(简称Al/CuO-SCB)的静电安全性,分别对不同桥型的Al/CuO-SCB进行静电放电实验及研究。结果发现:在500pF、5kΩ、25kV静电放电条件下,不同桥型的Al/CuO-SCB均未发火;小尺寸的Al/CuO-SCB在相同静电作用下桥膜容易受到损伤,并且经过静电放电后的Al/CuO-SCB的爆发时间和爆发所需能量均没有发生显著性差异。比较Al/CuO-SCB和未加Al/CuO含能薄膜层的半导体桥静电实验结果,得出Al/CuO含能薄膜层没有影响半导体桥的静电安全性。     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产...     

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。     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产生了延迟放电效应.用原子发射光谱双谱线法测试了60 V和80 V激发时点火桥的电爆炸温度和持续时间.60 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在2500 ～3500 K,持续时间约0.35 ms;80 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在3500 ～4000 K,持续时间约0.55 ms.     

魔芋葡甘聚糖含能材料的制备及表征

利用资源丰富的可再生天然高分子材料魔芋葡甘聚糖为原料,以发烟硝酸、浓硫酸、五氧化二磷为反应体系制备了不溶于水而在丙酮等有机溶剂中溶解性好的葡甘聚糖含能材料;并通过元素分析、FT-IR、SEM、X衍射、TG-DSC等对其含氮量、结构、和性能等进行了分析表征.结果表明: 新型的材料含有-ONO2基团,含氮量达13.59%,疏松的网络结构,结晶性增强,分解温度为161 ℃,有较大的放热峰,具有含能材料的性质.     

多层膜自持反应的数值模拟

采用有限差分法对Al/Ni多层膜的自持反应历程进行了数值模拟,研究了多层膜反应时的反应温度、速度以及反应区形状与宽度。结果表明:Al单层厚度为10nm的Al/Ni多层膜建立自持反应的时间约为0.01ms,且此时间随Al单层厚度增大而增加。稳定传播之前的反应速度较快,反应区宽度较之稳定传播后窄;稳定传播后,反应区宽度不再变化;此外,反应区由于预混层的存在呈现U形,与试验结果吻合。