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。     

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.     

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。     

基于FPC工艺的集成冲击片换能元性能分析（英文）

为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板(简称FPC或软板)制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段(PDV)测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s~(-1)增加到4589 m·s~(-1),速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS?Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。     

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.     

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。     

铜箔厚度对爆炸箔起爆性能影响规律研究

为了提高爆炸箔起爆系统能量利用效率,采用仿真计算和试验相结合的方法,研究了不同铜箔厚度对爆炸箔起爆性能的影响规律。结果表明:当爆炸箔桥区尺寸为0.3mm×0.3mm时,铜箔厚度为3μm的爆炸箔电爆性能较好,能量利用率较高,在发火电压为1.5k V时,能量利用率达到72.33%,相对应的飞片速度最大。     

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。     

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)。     

基于FPC工艺的集成冲击片换能元性能分析（英）

为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板（简称FPC或软板）制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段（PDV）测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s^-1增加到4589 m·s^-1,速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS-Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。     

爆炸箔起爆系统初始电阻对爆发电流和飞片速度影响的数值模拟

研究了电爆炸箔起爆系统起爆回路初始电阻对爆发电流和冲击片雷管飞片速度的影响规律，分析了影响电爆炸箔起爆系统体系的因素，为在可靠发火条件下降低起爆系统体积提供设计参考。     

九点爆炸箔电爆炸性能试验与仿真模拟

为探索多点爆炸箔施加电压与爆发电流之间的关系以及支路、单点电流的分布情况,对设计的三点串联后幵联的九点爆炸箔进行了仿真与试验研究。结果表明:随着充电电压的升高,桥箔爆发电压逐渐升高,支路电流逐渐升高,桥箔爆发时间减小。试验测得的一体化九点爆炸箔爆发电流值为单条支路上电流值,3条支路上电流值一致,总回路中的电流值符合欧姆定律。本研究为一体化多点爆炸箔与单点组合多点爆炸箔起爆阵列感度研究提供了理论支持。     

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。     

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     

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。     

爆炸箔尺寸对冲击片电爆参数的影响

研究了特定点火装置在充电电压为2000V和2500V条件下不同截面积桥箔的爆发电流、爆炸时间,预估了飞片的最大击靶速度。通过研究得到了与特定点火装置相匹配的桥箔截面积和该截面下爆炸箔起爆HNS-Ⅳ时的50%发火电压。研究结果可对冲击片雷管发火能量的优化设计提供一定的技术支持。     

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。     

桥箔电爆炸过程数值计算分析

为了研究金属电爆炸特征,编制了计算金属导体电爆炸放电回路的程序,对桥箔爆炸物理过程进行了数值计算,得到了金、铜、金-铂合金及铝四种金属桥箔爆炸的爆发电流和动态电阻.分析了起爆回路电参数和金属桥箔几何参数变化对爆发电流的影响规律.     

基于电压波形的脉冲放电回路参数识别

电爆炸箔起爆系统中,脉冲放电回路的电学参数LCR,对于放电电流参数以及爆炸桥箔设计参数都具有决定作用。随着电爆炸箔起爆系统向微型化发展,通过Rogowski线圈等方法测量电流,识别回路电学参数的方法已不再适用。根据脉冲放电回路等效电路及其微分方程,推算出电容电压波形与电路参数的关系,利用数值算法和Matlab工具,求得回路参数L、R的最小二乘解,并通过拟合电压波形与实测电压波形对比,证明所提出算法的有效性。