發(fā)布時(shí)間：2020-06-11 10:57

【摘要】：針對(duì)爆炸箔起爆系統(tǒng)的低能化、小型化、集成化以及低成本發(fā)展需求,本文基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了爆炸箔起爆器的集成化設(shè)計(jì)與制備,并對(duì)制備的集成爆炸箔起爆器進(jìn)行了性能表征;同時(shí)還開展了適用于爆炸箔起爆器一體化集成的平面三電極高壓開關(guān)的研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)采用MEMS工藝實(shí)現(xiàn)了爆炸箔起爆器的批量化原位集成制備。利用光子多普勒速度測(cè)試(PDV)系統(tǒng)研究表明,復(fù)合飛片的速度隨著發(fā)火電壓的增加逐漸增大;而在相同發(fā)火條件下,復(fù)合飛片的速度隨著加速膛直徑的減小反而逐漸增加,即加速膛直徑等于橋箔寬度時(shí)獲得的復(fù)合飛片速度最大。在0.22μF電容放電條件下,起爆裝藥密度為1.60g·cm-3的HNS炸藥的最低發(fā)火電壓約為1.4kV。(2)利用LTCC技術(shù)完成了爆炸箔起爆器的一體化集成燒結(jié)。在0.22μF電容放電條件下,Au橋箔驅(qū)動(dòng)的陶瓷飛片的速度隨著發(fā)火電壓的升高先增大后減小,在2.50kV發(fā)火電壓下陶瓷飛片的速度最大,約為2422m/s。起爆裝藥密度為1.60g.cm-3的HNS炸藥結(jié)果表明,Au橋箔的最小發(fā)火電壓為2.5kV,Ag橋箔的最小起爆電壓為2.8kV。(3)依據(jù)傳統(tǒng)氣體開關(guān)的工作模式設(shè)計(jì)平面三電極高壓開關(guān),通過直接刻蝕PCB覆銅板和利用LTCC工藝制備出平面三電極開關(guān),簡(jiǎn)化了制備工藝。對(duì)制備的開關(guān)性能研究得出:開關(guān)在氬氣和空氣兩種氛圍下,自擊穿電壓與主電極間隙均呈線性正相關(guān),而電極的形狀則影響不大;開關(guān)的工作電壓為其自擊穿電壓的78%～92%時(shí),延遲時(shí)間最短;在空氣環(huán)境下,多弧道開關(guān)相比單弧道開關(guān)可提高電流的峰值和縮短延遲時(shí)間;開關(guān)的平均電感約為72nH,平均電阻約為120mΩ。同時(shí)在空氣環(huán)境下,研究對(duì)比了三種開關(guān)的性能得出,研制的PCB與LTCC平面三電極開關(guān)的峰值電流、延遲時(shí)間、放電周期以及固有電感均優(yōu)于商用的冷陰極觸發(fā)開關(guān)。
【圖文】：

邐Ｅｔｃｈ邋Ａｒｅａ逡逑圖１．２硅基爆炸箔起爆器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１９９８年，美國(guó)ＣＴＢｒｉｅｎ等人［６］基于ＭＥＭＳ工藝設(shè)計(jì)了一種如圖１．３所示的將換能元逡逑組件模塊化以及與放電回路全集成的全固態(tài)集成爆炸箔起爆系統(tǒng)。逡逑Ｍｅｔａｌ邋Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｔｒｉｇｇｅｒ邋—Ｍｅｔａｌ邋Ｆｏｉｌ邋ｐ邋｜邋Ｐｏｌｙｍｅｒ邋Ｆｌｙｅｒ逡逑□邐Ｓｌａｐｐｅｒ邐．邋＼邋：逡逑Ｓｗｉｔｃｈ邋ｉ邐／逡逑Ｒｅｓｉｓｔｏｒ邋Ｃａｐａｃｉｔｏｒ逡逑Ｔｏｐ邋Ｖｉｅｗ邐Ｓｉｄｅ邋Ｖｉｅｗ逡逑圖１．３全固態(tài)集成爆炸箔起爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑該系統(tǒng)包括采用集成電路工藝一體化集成的平面高壓電容、平面高壓^u關(guān)、發(fā)火回逡逑路、金屬爆炸箔、飛片層和加速膛等。平面高壓電容由在基底上交替沉積的金屬層和電逡逑介質(zhì)層組成，層數(shù)可根據(jù)電容值確定，且金屬層之間形成錯(cuò)位，以方便電連接。平面高逡逑壓開關(guān)的觸發(fā)極可以在電脈沖的作用下?lián)舸┤龑与娊^緣層導(dǎo)通脈沖大電流。集成爆炸箔逡逑３逡逑

邐Ｉｎｄｕｃｅｄ邋Ｓｈｏｃｋ邋Ｗａｖｅ邐Ｅｔｃｈ邋Ａｒｅａ逡逑圖１．２硅基爆炸箔起爆器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１９９８年，美國(guó)ＣＴＢｒｉｅｎ等人［６］基于ＭＥＭＳ工藝設(shè)計(jì)了一種如圖１．３所示的將換能元逡逑組件模塊化以及與放電回路全集成的全固態(tài)集成爆炸箔起爆系統(tǒng)。逡逑Ｍｅｔａｌ邋Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｔｒｉｇｇｅｒ邋—Ｍｅｔａｌ邋Ｆｏｉｌ邋ｐ邋｜邋Ｐｏｌｙｍｅｒ邋Ｆｌｙｅｒ逡逑□邐Ｓｌａｐｐｅｒ邐．邋＼邋：逡逑Ｓｗｉｔｃｈ邋ｉ邐／逡逑Ｒｅｓｉｓｔｏｒ邋Ｃａｐａｃｉｔｏｒ逡逑Ｔｏｐ邋Ｖｉｅｗ邐Ｓｉｄｅ邋Ｖｉｅｗ逡逑圖１．３全固態(tài)集成爆炸箔起爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑該系統(tǒng)包括采用集成電路工藝一體化集成的平面高壓電容、平面高壓^u關(guān)、發(fā)火回逡逑路、金屬爆炸箔、飛片層和加速膛等。平面高壓電容由在基底上交替沉積的金屬層和電逡逑介質(zhì)層組成，層數(shù)可根據(jù)電容值確定，，且金屬層之間形成錯(cuò)位，以方便電連接。平面高逡逑壓開關(guān)的觸發(fā)極可以在電脈沖的作用下?lián)舸┤龑与娊^緣層導(dǎo)通脈沖大電流。集成爆炸箔逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ560.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707804