微机电含能器件直写技术研究进展

直写技术(direct writing)作为新一代快速成型技术,具有成型速度快、成型一致性好、制备精度高等优点,在微机电(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)含能器件的制备上具有一定优势.本文阐述了MEMS含能器件常用的直写技术,在此基础上,针对直写技术在微纳含能器件中的研究现状,对MEMS装药、发火电路与换能元以及封装材料的直写技术进行了总结.提出了今后的研究重点:制备固含量高、性能稳定的含能墨水,提高含能墨水装药密度;制备低烧结温度的银油墨电路,同时发展MEMS含能器件换能元与封装材料的直写技术,探究直写精度的影响因素与规律,突破直写技术的应用瓶颈,推动MEMS含能器件的工程化应用进度.     

石墨掺杂对B/KNO_3点火药的激光点火特性的影响

用光声检测的实验方法研究石墨掺杂对B／KNO3点火药的激光点火性能的影响。根据对光声谱的分析，指出了石墨掺入B／KNO3会略降低B／KNO3的激光吸收能力并且掺入量增加时，药剂的光吸收能力会有所改善。石墨掺杂会增长B／KNO3的激光点火延迟期，这一规律与石墨掺杂对B／KNO3的吸光性能的影响规律一致。     

纳米CuO的制备及其在微孔装药中的应用

采用常温固相反应法在聚乙二醇2000作为分散剂条件下制备了纳米Cu O,用超声共混法制备了纳米Al/Cu O。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对所制备样品的性能进行表征和分析。结果表明:制备的纳米Cu O结构形貌统一,类似八面体结构,一次粒径在30nm左右,和球形的纳米Al粉混合均匀,形成纳米Al/Cu O,团聚后在100~200nm之间,差热分析(DTA)其放热量为2 798J·g-1。将纳米Al/Cu O配制成含能油墨,用喷墨打印装置实现了药室直径为0.7mm、厚度为1mm的10×10阵列装药,并研究了纳米Al/Cu O在微孔装药中的应用。结果表明,纳米Al/Cu O在微孔中能稳定燃烧,燃烧时间在微秒级,火焰长度约为2~4cm,燃速约为0.142 9m/s。     

易于微孔道填充的纳米CuO的制备

分别采用直接沉淀法和快速沉淀法成功地制备了易于微孔道填充的纳米Cu O粉末。直接沉淀法的铜源是无水Cu SO4,沉淀剂是Na2CO3;快速沉淀法的铜源是Cu(CH3COO)2·H2O,沉淀剂是Na OH。通过XRD、SEM、TEM和SAED等分析手段表征产物的晶体结构、微观形貌及晶粒尺寸。结果表明,直接沉淀法的陈化时间对制备样品形貌和结构有影响。当前躯体陈化时间为3 h时,直接沉淀法制备的Cu O纳米颗粒平均粒径约为25 nm;快速沉淀法制备的Cu O纳米颗粒平均粒径约为6 nm。与直接沉淀法相比,快速沉淀法制备的纳米Cu O粒径更小、颗粒分散更均匀。     

含能油墨配方设计及其在微孔装药中的应用

为优化微装药方法及设计合适的含能油墨配方,将喷墨打印装药和湿法压装两种装药方法结合起来,发现装药密度得到明显提高,装药均一性较好。采用激光点火方式,结合高速摄影和X射线衍射(XRD)等对微孔燃烧过程及其燃烧产物进行分析,获得了含能油墨中载体种类、纳米Al/Cu O含量和Φ值对微孔燃烧的影响规律。发现硝化棉(NC)不但有很好的油墨性能、装药性能,而且点火燃烧性能良好。得到以下结论:载体为NC且质量分数为7.5%,Al/Cu O的Φ值为1.6,初步测得最优配方下平均冲量约为145μN·s。     

激光辐射下的固体双基推进剂的燃烧特性

燃速与辐射通量之间的关系可以由两支相交直线构成的线性方程进行描述,其中折点(交点)是外界辐射能作用下固体双基推进剂燃烧的一个重要特征。包括折点附近在内的燃烧特性可以采用Fourier方程进行分析。考虑到辐射在燃烧表面上形成的碳化层对辐射传递的阻碍作用,本文分析了1040,1041,N-5和N型推进剂的燃烧特性。导致两段函数和折点形成的主要原因是在辐射能到达凝聚相表面之前部分辐射能已经发生了损失。     

激光对均质固体推进剂热损伤的光声频谱特征

利用光声分析法检测了Nd~(3+)：YAG脉冲激光导致均质固体推进剂发生层裂的热损伤过程。     

汽车安全气囊气体发生剂热点火特性数值计算

根据热传导理论，建立了气体发生剂热点火方程。对影响点火延迟期的药剂导热系数、热容、药剂密度和化学热力学系数等内部条件和加热热量等外部因素进行了分析计算。     

脉冲激光重复烧蚀石墨的反应性光声谱

利用脉冲ＮｄＹＡＧ激光器对石墨进行重复性烧蚀。在一定的激光能量下，激光光声强度随重复次数增加而衰减。表明烧蚀坑对能量和质量从样品中流出有抑制作用。     

硅烷偶联剂稳定化处理的多孔硅/Pb3O4的反应性能

为了将多孔硅应用于新型含能材料,研究了经硅烷偶联剂稳定化处理的多孔硅/Pb3O4的反应性能。用电化学腐蚀法制备了多孔硅,用KH550、KH560和KH570改性了多孔硅,制成了10/90-多孔硅/Pb3O4点火药。用氧弹、DSC、TG、MS测定了多孔硅/Pb3O4点火药的反应性能,用XRD分析了多孔硅/Pb3O4点火药分解和燃烧后的残渣。结果表明:(1)经硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570处理的多孔硅/Pb3O4点火药(样品2、样品3、样品4)的放热量低于未经硅烷偶联剂处理的多孔硅/Pb3O4点火药(样品1),但其放热峰温度未发生改变,表明硅烷偶联剂只影响多孔硅/Pb3O4点火药分解反应的动力学行为;(2)样品1～4燃烧热值的降低次序为样品2>样品3>样品4>样品1;(3)多孔硅/Pb3O4点火药分解和燃烧后的残渣为氧化铅和硅酸铅;(4)硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570可使多孔硅在空气中的稳定性提高。