三种爆炸箔桥形状的比较分析

为提高爆炸箔起爆器的能量利用率，本文对其主要影响因素之一爆炸箔桥箔进行了研究，测定了3种不同形状爆炸箔桥箔的爆发电流，并对起爆炸药HNS-IV进行了飞片感度试验。试验结果表明圆形桥箔的爆发电流密度最大，起爆HNS-IV的50%起爆电压最低，爆炸箔起爆器(EFI)选用圆形爆炸箔桥箔可以进一步提高能量利用率，降低发火能量。     

高压脉冲功率源等效参数对桥箔电爆性能影响规律

为了降低冲击片雷管起爆能量,优化高压脉冲功率源等效参数,研究了高压脉冲功率源等效参数如等效电感、等效电阻、电容量、电压等参数对金属桥箔电爆特性规律的影响,测试了金属桥箔在不同的等效参数条件下,其电爆性能的变化规律参数,计算了金属桥箔的能量利用率,实验结果表明:当高压脉冲功率源储能电容容量为0.2μF,放电回路等效电感为57 n H,等效电阻为68 mΩ时,在加载电压为2.0 k V放电条件下,桥区厚度为5.0μm,尺寸为0.5 mm×0.5 mm的铜箔其爆发性能最优,有效能量利用率达到最高,为54.8%,此时桥箔的爆发时间与峰值时间最为接近,时差最小。     

不同制造工艺铜箔电爆驱动飞片能力

为研究真空沉积制备的爆炸桥箔(铜箔)致密性和晶体尺寸对爆炸箔驱动飞片能力的影响,采用X射线衍射(XRD)对电子束蒸发和磁控溅射两种工艺制备铜箔的晶型结构进行了表征。用光刻成型的方式将铜箔制成爆炸桥箔,采用光子多普勒测速系统(PDV)测试了爆炸桥箔在不同电压条件下驱动飞片的速度,采用升降法实验对比分析了两种爆炸桥箔驱动飞片起爆六硝基茋-Ⅳ的阈值能量。结果表明,磁控溅射工艺制备的铜箔晶体尺寸小于电子束蒸发工艺制备的铜箔晶体尺寸,电阻率高17%,沉积速率是电子束蒸发铜箔的2.4倍。制成的爆炸桥箔驱动飞片能力略强于电子束蒸发工艺制备的爆炸桥箔驱动飞片能力,且起爆六硝基茋-Ⅳ需要的能量也更低。     

冲击片雷管爆炸箔的制备与电爆性能

为了提高爆炸箔起爆系统的能量利用率,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术和皮秒激光微加工系统,制备了Cu、C u/Au、C u/Al/Ni三种爆炸箔,并利用自制起爆回路对其电爆性能进行了研究,结果表明,在充电电压为2000,2500 V时,C u爆炸箔在电爆过程中能量利用率较高;在此电压下对三种爆炸箔的性能进行了对比测试,得到在相同的充电电压下Cu/Al/Ni、Cu/Au、C u爆炸箔的爆发电流C u/Al/NiC u/AuC u,且充电电压为2500 V时C u/Al/Ni爆发电流比C u增长了36%,2000 V下比C u增长了15%;在充电电压2500 V时利用高速摄影法对三种爆炸箔电爆时产生的等离子体羽进行了观测,结果表明,等离子体羽的尺寸Cu/Al/NiCu/AuCu。在相同的起爆条件下Cu/Al/Ni爆炸箔更利于爆炸箔起爆系统低能化研究     

爆炸箔厚度与其电爆性能和冲击片雷管感度的关系研究

为了研究爆炸箔厚度与其电爆性能的关系,以及爆炸箔厚度对冲击片雷管感度的影响,对5种不同厚度的爆炸箔进行了试验.研究结果表明:在1.3kV和1.5kV的充电电压下,厚度为4.0μm以下的爆炸箔的电爆性能好于4.0μm以上的爆炸箔;爆炸箔厚度对爆发时间和冲击片雷管感度有显著影响,本试验中,使用3.5μm和4.0μm爆炸箔的冲击片雷管起爆能量最低.     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。     

爆炸箔起爆器发火阈值影响因素的数值模拟

为了研究由桥箔、飞片和加速膛所组成的换能组件对爆炸箔起爆器(EFI)发火性能的影响,达到降低发火阈值的目的,利用ANSYS/AUTODYN软件,模拟了桥箔驱动飞片起爆六硝基茋(HNS-Ⅳ)的过程。研究了桥箔厚度对飞片速度的影响,探究了桥区宽度、飞片材料(有机玻璃、陶瓷和聚酰亚胺)、飞片厚度和加速膛长度对EFI发火阈值的影响。结果表明,减小桥区宽度有利于降低爆炸箔起爆器的发火阈值。在输入电压相同的条件下,2μm厚度的桥箔驱动飞片速度最大;爆炸箔起爆器发火电压随着飞片厚度的增加先降低后增大,当厚度为10μm时发火电压最低;相比于0.225 mm、0.250 mm和0.275 mm加速膛,用0.125 mm加速膛时发火电压最低,说明减小加速膛长度有利于降低爆炸箔起爆器的发火阈值;在加速膛孔径确定的情况下,"无限型"加速膛发火电压低于"有限型"加速膛。聚酰亚胺力学性能好、发火电压低、撞击动能小,优于其它两种材料(有机玻璃和陶瓷)。     

爆炸箔冲击片起爆设计参数研究

为了研究爆炸箔起爆器起爆系统典型参数的规律,设计了试验装置和试验方法,研究了爆炸箔冲击片起爆系统中爆发电流、爆发电压与输入起爆能量、爆炸箔截面积的关系,并且给出了相关规律.通过研究得出:爆发电压时间、峰值电流时间越接近,爆发电压峰值与爆发电流峰值越重合,能量利用率最高.研究结果对爆炸箔冲击片起爆系统的优化设计具有一定的指导意义.     

爆炸箔起爆器桥箔夹角优化设计

为了确定桥箔夹角对爆炸箔起爆器能量利用率的影响,设计并用离子刻蚀法制备了30°、45°、60°、75°和90°共5种不同夹角的桥箔,研究了其电爆炸性能。结果表明:在同一充电电压下,夹角为45°桥箔的爆发电流和峰值电流最大;爆发电流密度与飞片速度关系的分析及爆发功率和爆发时间与峰值电流时间差的比较显示,45°夹角的桥箔有能量利用率较高和发火能量较低的良好性能。     

Al/Ni反应多层膜的电爆炸及驱动性能研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在爆炸箔起爆系统上应用的可行性,采用磁控溅射法制备了相同厚度的Cu和Al/Ni多层膜桥箔,利用SU-8光刻胶制备一定厚度的加速膛,研究了两类桥箔在相同放电回路中的沉积能量和驱动飞片的平均速度。结果表明:在储能电容电压为1 306V的放电回路中,Al/Ni多层膜的沉积能量为0.120 5~0.127 4J,相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1 900V时,多层膜沉积能量比Cu箔提升了18%~58%;多层膜驱动的飞片平均速度高于Cu箔驱动飞片约10%。因此,Al/Ni反应多层膜能降低爆炸箔起爆系统的起爆阈值,提高其冲击起爆的可靠性。     

低温共烧陶瓷爆炸箔起爆芯片的设计、制备与发火性能

采用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)工艺实现了爆炸箔起爆芯片的一体化集成制备。采用丝网印刷的方式制备了厚度为5μm的Au桥箔(300μm×300μm);采用25μm和50μm两种厚度的生瓷片作为爆炸箔起爆芯片的飞片,设计了圆形(Ф=400μm)和方形(L×W=300μm×300μm)的两种加速膛形状的爆炸箔起爆芯片。在0.22μF电容放电条件下,研究了Au桥箔的电爆性能。通过光子多普勒测速技术分析了陶瓷飞片的速度特征及其运动过程中的形貌。结果表明,在发火电压1.8 kV下,Au桥箔的能量利用率最大;飞片的终态速度随着发火电压的增加而增大;在相同的发火条件下,飞片经方形加速膛加速后的出口速度比圆形加速膛高出106～313 m·s~(-1);另外,陶瓷飞片越厚,飞片在飞行过程中的运动形貌保持得越完整。该工艺制备的爆炸箔起爆芯片可成功点燃硼/硝酸钾(BPN)点火药,并起爆六硝基芪(HNS)炸药。LTCC爆炸箔起爆芯片(50μm厚陶瓷飞片,圆形加速膛)的最小点火电压为1.4 kV,最小起爆电压为2.5 kV。     

低能爆炸箔电爆参数及冲击片速度测试

针对低能爆炸箔起爆系统需求,分析了起爆系统放电回路效率影响规律,开展了3.5μm厚桥箔爆发电流、爆发电压测试研究。结果表明:回路最大能量利用率符合理论分析,在0.22μF、1 500V电压下电路能量利用效率达到72.33%,桥箔电爆炸驱动飞片速度达到3 680m/s,可以起爆冲击片雷管装药。     

爆炸箔特征参数匹配关系研究

基于直列式系统低能、小型化的研究目的,对构成爆炸箔起爆器核心发火组件的桥箔、加速膛二者之间的匹配关系进行了研究.结果表明,桥箔桥区特征面积与加速膛的孔径及厚度之间都存在着一定的最佳配比,确定了0.30mm(L)×0.30mm(W)桥箔匹配0.45mm(D)×0.45mm(H)加速膛的最佳方案,为爆炸箔起爆器工程化应用提...     

小尺寸爆炸箔与加速膛匹配研究

为研究爆炸箔桥区尺寸与加速膛的匹配关系,对小尺寸爆炸箔与加速膛匹配的雷管进行了发火试验和升降法试验。试验结果表明爆炸箔的桥区尺寸与加速膛内孔径存在一个较佳的匹配,对桥区尺寸0.3mm×0.3mm与Φ0.45mm内径加速膛匹配的雷管进行升降法试验,发现比桥区尺寸0.4mm×0.4mm爆炸箔与Φ0.6mm内径加速膛匹配雷管的50%发火电流降低了近300A,由此说明小尺寸爆炸箔与加速膛内孔径合理匹配的情况下,可以降低冲击片雷管的起爆阈值,为实现引爆系统的小型化提供基础。     

爆炸箔起爆器作用机理研究进展

从金属桥箔电爆炸、电爆炸驱动飞片和飞片冲击起爆炸药三个方面,综述了爆炸箔起爆器作用机理的研究进展。认为:爆炸箔起爆器在分段式电阻率模型、先进飞片测速技术、基于能量转化系数的电爆炸驱动飞片速度计算模型和基于临界起爆判据的感度预测等方面取得了重要进展,获得了一些规律性认识,一定程度上促进了其低能化设计。指出:小尺寸条件下电爆炸驱动飞片过程中的能量耗散及飞片烧蚀的定量描述、飞片在飞行中的瞬时形态、爆炸箔起爆器小尺寸装药的非理性爆轰性能预测、波阵面后微流场观测技术将成为爆炸箔起爆器未来研究的重点。     

单桥双驱爆炸箔起爆技术研究

对单桥双驱爆炸箔起爆技术的可行性及特点进行了初步分析与研究。利用爆炸箔电爆炸过程中双向驱动飞片的特性,设计了一种爆炸箔双向起爆结构,并对其起爆HNS-Ⅳ炸药的性能进行了试验研究。结果表明,在可靠发火能量1.2J的前提下,双向起爆同步精度达到了纳秒级,实测范围在40～68ns之间。     

Al/Ni爆炸箔电爆特性及驱动飞片能力研究

利用传统的MEMs工艺成功制备出Al/Ni复合爆炸箔,在4k V的充电电压下研究其电爆性能。研究表明,相比于传统的铜爆炸箔,复合爆炸箔的能量利用高,可达18%,而且爆发提前,所需能量较小,爆发能量集中。飞片速度研究表明,爆炸箔的厚度和充电电压会影响飞片的最终速度,飞片的速度随爆炸箔的厚度和电压升高而增大。当爆炸箔的厚度为3μm、充电电压为5k V时,飞片的速度可达3 100m/s。     

Cu/Ni复合爆炸箔的制备及其电爆性能研究

采用磁控溅射、光刻及湿法刻蚀等工艺制备了厚度为3μm的Cu爆炸箔、Ni爆炸箔以及Cu/Ni复合爆炸箔，采用XRD、SEM及EDS对样品进行物相及截面形貌表征，并对爆炸箔电阻及其电爆性能进行测试。结果表明：随着Ni元素的增加，复合爆炸箔电阻逐渐增大；在1 000V充电电压下，Cu膜厚度为300nm、Ni膜厚度为200nm、调制周期为6的Cu/Ni复合爆炸箔（Cu300Ni200)6的爆发电流是Cu爆炸箔的2.33倍，是Ni爆炸箔的1.56倍；其爆发功率是Cu爆炸箔的3.81倍，是Ni爆炸箔的1.45倍；其能量利用率为30.96%，是Cu爆炸箔的1.29倍，是Ni爆炸箔的1.28倍。     

金属薄膜晶体学结构对其电爆炸性能的影响

采用SEM、XRD等手段对4种不同工艺制得的铜箔进行了表征,从微观晶体学结构的角度考察爆炸箔起爆器中桥膜的显微结构与其电爆炸性能的关系,讨论了薄膜电阻、晶界电阻、晶界数量、晶粒尺寸、晶粒取向等因素对金属薄膜电爆炸性能的影响,进而从微观层面上理解桥箔在冲击片雷管中的作用.     

电容器爆炸箔起爆器装置

电容器爆炸箔起爆器装置有一个与分流电阻并联的电容器。用过压间隙开关通过箔起爆器将电容器与电阻连接。当电容器的电压达到该开关的击穿电压时，电容器中贮存的能量通过该开关释放到爆炸箔起爆器。