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。     

不同掺杂元素对 SCB 电爆特性的影响

为研究不同掺杂元素对半导体桥电爆特性的影响规律,利用电容放电发火系统,对硼掺杂SCB和磷掺杂SCB的临界发火电压、发火时间以及发火所消耗的能量进行了测试,并做了对比分析。结果表明:在尺寸相同、掺杂浓度相同的条件下,磷掺杂半导体桥比硼掺杂半导体桥临界发火电压低;相同发火电压下,掺杂元素对发火时间的影响较小,并且磷掺杂半导体桥的发火能量比硼掺杂半导体桥的高,说明磷掺杂SCB性能优于硼掺杂SCB。     

Ni-Cr桥丝式电火工品发火规律

选取了塑料和玻璃两种基体的5种不同桥丝直径的Ni-Cr桥丝换能元与发火药剂斯蒂芬酸铅(LTNR)组成的发火件为研究对象,用D-最优化法测试了这10种发火件的临界发火电压,然后通过对实验过程中的V-I-R曲线的分析发现:当激励电压较高时,12μm、16μm塑料基体的桥丝发火件和16μm、20μm的玻璃基体的桥丝发火件的电压电流曲线会有二次峰值,实验过程中有等离子体出现;相同直径不同基体的桥丝/LTNR发火件的临界发火电压不同;基体对发火件的发火性能没有影响。     

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。     

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.     

恒流激励微型半导体桥发火临界性研究

为得到恒流激励下微型半导体桥的发火临界性,对微型半导体桥与LTNR药剂所组成发火件的电热过程进行了实验研究,得到了响应过程中电阻的变化规律.基于传热学原理,建立了微型半导体桥稳态传热时的电热换能模型,推导出临界发火电流表达式,将计算值与实验值进行了对比,证明了理论计算公式的可行性与合理性,对于微型半导体桥安全电流的设计...     

碳晶膜电点火桥特性研究

利用碳晶膜作为发火元件制作了碳晶电点火桥,研究了碳晶填量及脚线极距对点火桥发火性能的影响,并比较了5种药剂的碳晶点火桥发火感度,同时对碳晶电点火桥进行了脚-脚间抗静电性能测试。结果表明:当电极塞凹槽面积一定、碳晶填量为1.2mg、脚线极距为2.4mm时,碳晶电点火桥最小全发火电压最低为17.3V(电容47μF),且在一定范围内,随着碳晶填量的增加,点火桥最小全发火电压先下降后上升;在一定范围内极距越大,最小全发火电压越大;5种药剂碳晶点火桥发火感度从高到低依次为:斯蒂芬酸铅、叠氮化铅、硝酸肼镍、B/KNO3、苦味酸铅;此外,点火桥脚-脚间抗静电电压大于50k V。     

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。     

用于热电池的半导体桥（SCB）点火器的特性

评价半导体桥（SCB）点火器代替用于热电池中普通热桥丝点火器。用往复式系统测定全发火和不发特性;Neyer／SENSIT程序用于分析数据。与热桥丝点火器相比,SCB点火器具有较高的不发火水平,和一种给定的全发火水平。这使得SCB点火器比热桥丝点火器更安全和更可靠。SCB点火器极耐列电放电并不需要敏感药剂点燃初装烟火药。由于上述原因和大规模生产的可控制性使得SCB点火器适合用于热电池。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

火工品用复合半导体桥技术的研究与发展

具有低发火能量、高瞬发度、高安全性以及比多晶硅半导体桥更高的能量输出优异性能的复合半导体桥(SCB)点火起爆装置(EED),是一类采用现代微电子工艺,由反应材料与半导体桥相结合的新型点火产品。从理论、结构、性能不同角度,综述了复合半导体桥EED的研究进展与优缺点。为增大SCB点火性能提供可行的依据和参考,对比分析了多层复合膜点火桥的结构特点、反应材料、发火条件、输出性能。认为多层复合SCB是多晶硅半导体桥的理想改进产品,具有更广泛的应用范围和前景。      

半导体桥火工品研究新进展

半导体桥火工品属高新技术火工品，因其具有高安全性。高可靠性，高同步性，高工艺一致性，低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等一系列优异性能。发展十分迅速，本文从理论，结构，封装，测试和改进等方面评介了半导体桥火工品研究的新进展。并指出半导体桥（SCB）火工品是桥丝式火工品的理想换代产品，且有更广泛的应用范围和前景；今后应在理论基础。生产自动化。低电压点火起爆和直列式钝感技术等方面进行研究与开发。     

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。     

薄膜桥火工品的制备与性能研究

为了提高火工品的安全性及点火可靠性,采用掩模法,利用磁控溅射技术制备了一种蝶形金属薄膜桥,在薄膜桥表面涂15~20 mg斯蒂芬酸铅(LTNR),进行了安全电流试验、抗静电试验及与桥丝的对比试验,研究了其安全性能和点火性能,并利用红外热成像技术验证其发火时桥区的热分布。结果表明,这种金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和机械性能;薄膜桥通电时其中心最窄处热量较集中。