含能多层膜的制备及电爆炸性能研究

发布时间：2020-04-24 16:29

【摘要】：现代科技的发展及高功率设备的应用,高密度的电磁干扰和射频干扰对传统火工品的应用造成极大的威胁,电磁攻击在战场中的使用给现代武器系统生存能力带来前所未有的挑战。冲击片雷管作为武器起爆系统的一个关键部件,可以满足现代战术要求的时间精度和安全性,其核心是金属爆炸箔,主要由导电金属膜或复合反应膜组成。Al/Ni多层反应膜因其独特的层状结构,其反应物间拥有纳米级的接触面积、原子扩散自由程短、反应活性高、反应迅速及能量释放完全等特点,被广泛用于爆炸箔材料。本文主要对Al/Ni多层爆炸箔的电爆炸性能做了一系列的研究,其研究的主要内容及结果如下:(1)采用磁控溅射仪制备Al/Ni多层膜,并利用光刻微加工技术制备桥区图形。所制备的Al/Ni多层爆炸箔与基底具有较好结合力,无明显缺陷。(2)利用SEM和TEM对Al/Ni多层膜的表面及断面形貌进行观察,并用EDS分析界面元素分布,XRD分析其物相及物相演变规律,DSC分析其合金化反应的放热特性。研究结果表明:Al/Ni多层膜表面平整,层状结构明显,界面无明显的预混现象;膜层结晶性良好,经退火处理,合金化反应的物相演变规律为随退火温度增加在Al/Ni界面依次形成Al3Ni、Al3Ni2和AlNi合金相;其对应Al/Ni多层膜热分析的三个放热峰,放热峰位和峰强随着调制周期和Cu插层厚度变化而变化。(3)利用自制电爆炸回路对不同类型的Al/Ni多层膜进行电爆炸测试,测试结果表明:随着调制周期增大,原子合金化反应需要扩散的距离增加,起爆阈值增大;Cu层在Al/Ni界面处形成低熔AlCu合金,促进了Al/Ni合金化反应,但是Cu层加厚反而阻碍了Al、Ni原子相互扩散反应,由此,随着插入Cu层厚度增加,起爆阈值先减小后增大。Al/Ni多层膜调制周期和Cu插层会影响Al/Ni多层爆炸箔的电爆炸性能。(4)利用FIRESET模型模拟Cu、Al和Al/Ni多层爆炸箔的电爆炸曲线,结果表明:其模拟曲线和实验测试曲线有一定的误差,尤其模型没有考虑初始电阻,在电爆炸的初始时刻误差较大。针对这一模型缺陷进行修正,修正后的模拟结果几乎和实验测试结果完全一致。
【图文】：

如图 1-1 所示。总之，无论在民用还是在军用，火工品都发挥着巨大作用。图1-1 火工品的广泛应用Fig. 1 -1 The application of initiating explosive device1.1.1 冲击片雷管火工品中， 雷管作为各类 引爆装置的核心，对炸药能否成功起爆起着至关重要的作用。早在 1864 年，著名化学家诺贝尔就发明了雷管[ 2 ]。1869 年，雷管正式用于军事武器。雷管经历了一百多年的发展，已经形成了品种齐全、型号众多、结构多样、用途广泛的一类重要的火工品。第二次世界大战结束时，点火装置的佼佼者——传统电雷管应运而生。传统电雷管采用热丝点火方式[ 3 ]，这种方法的安全性差，在加热或撞击等 作用下容易发生意外爆炸。 高功率设备的应用 、高密度的电磁干扰和射频干扰对传统电雷管的应用造成极大的威胁 ； 电磁攻击在战场中的使用

（ b） 爆 炸 箔 爆 炸 过 程（ a） 冲 击 片 雷 管 的 结 构 图 （ c） 爆 炸 箔 爆 炸 前 后 照 片图1-2 冲击片雷管的作用原理Fig. 1 -2 The theory of slapper detonator冲击片雷管只有在特定的高能电脉冲作用下才能引爆，这种高能电脉冲在自然界及通常的战场电磁环境下都很难发生。因此，冲击片雷管 是一种安全可靠的起爆装置。 冲击片雷管工作的核心为金属箔的电爆炸，所谓金属电爆炸是指金属在强电流的作用下，在短时间内经历液气转变，迅速产生 高温高压 等离子体 ，并伴随着电磁辐射和冲击波的形成。图 1-2（b）为金属爆炸箔的爆炸示意图，，在电脉冲作用下金属爆炸箔发生电爆炸 ；图 1-2（c）为电爆炸发生前后的照片。本课题主要是对爆炸箔的电爆炸展开一系列研究。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ45;TB383.2

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本文编号：2639154