CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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火工品

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    • 冲击片雷管四点阵列输出界面作用可靠性设计方法

      2023, 31(12):1279-1286. DOI: 10.11943/CJEM2023126

      摘要 (227) HTML (80) PDF 1.71 M (1093) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对冲击片雷管缺乏可靠性量化设计方法的问题,开展了冲击片雷管四点阵列输出界面可靠性设计方法研究。首先基于应力-强度干涉模型提出考虑双裕度系数的可靠性量化设计方法,构建输出性能参数与可靠度指标之间的量化模型;然后对不同设计参数下的输出性能进行仿真,建立输出性能参数与结构设计参数之间的量化模型;最后结合上述两类量化模型,给出了满足冲击片雷管四点阵列输出界面作用可靠度指标要求的结构设计参数。结果表明,该方法可以有效提高冲击片雷管输出界面的可靠性设计精度,实现精确设计。

    • 点火具装药状态对其工作过程能量释放特性的影响规律

      2023, 31(10):1013-1025. DOI: 10.11943/CJEM2023029

      摘要 (211) HTML (134) PDF 5.83 M (1867) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究火箭发动机传统颗粒型点火具工作过程中点火药与包装纤维素材料的相互作用,及其药型结构对能量释放特性的影响规律,制备了系列点火药/纤维素复合样品,并采用同步热分析(DSC-TG)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)联用仪,研究了纤维素外壳对点火药热反应性能的影响。在此基础上,利用模拟点火腔研究了装药结构、装药量及配方组成对能量释放过程及燃温分布的影响规律。主要通过高速相机和高速红外热像仪获得了不同点火具的火焰结构及火焰温度分布,并与采集的压力数据进行了关联。结果表明:纤维素壳体会降低黑火药和Mg/PTFE点火药的总凝聚相反应放热量,当纤维素含量为33.33%时,2种点火药的总放热量分别降低了66.36%和29.98%,然而B/KNO3点火药的放热量却提高了2.39倍。气相分解产物和燃烧凝相产物分析表明纤维素并未改变黑火药和Mg/PTFE热反应路径。模拟点火过程研究表明,药型为大圆柱体形装药量10 g的黑火药点火具在点火燃烧过程中会发生预点火现象,点火药生成大量气体携带部分未着火颗粒先破壳再实现点火。纤维素壳体起到了一定的增压效应,为初始火焰的建立奠定了压强基础。装药结构和装药量对点火具燃温的影响不显著,燃温的差值不超过50 ℃。但方形和环形点火药盒的点火具工作时间较短,比小圆柱体形和异形点火药盒的点火具工作时间缩短42.4%左右,有利于提高点火效率。在配方影响方面,Mg/PTFE点火药的燃温最高,工作时间最短;而大粒径黑火药燃温比小粒径高,因此前者工作时间更长。

    • 高球形度核壳结构超级铝热剂的制备及点火性能

      2023, 31(7):645-653. DOI: 10.11943/CJEM2022207

      摘要 (435) HTML (193) PDF 2.45 M (2573) 评论 (0) 收藏

      摘要:为得到含能材料3D打印用球形核壳结构超级铝热剂,采用固体颗粒间直接包覆喷雾造粒法制备了Al2#@CuO与Al2#@Bi2O3高球形度核壳结构超级铝热剂。利用NanoMeasure统计软件研究了构筑参数(粒径比、固含量)对其粒径尺寸的影响;通过电镜、X射线衍射仪表征了球形核壳结构;采用休止角法表征其流散性;利用高速摄影机观测其点火特性。结果表明,固含量为25%、2#铝粉与纳米金属氧化物(CuO、Bi2O3)粒径体系构筑参数所得2种球形核壳结构超级铝热剂结构为理想球形核壳结构,平均粒径约40 μm,壳层平均厚度分别为7.79 μm(Al2#@CuO-25%)、10.47 μm(Al2#@Bi2O3-25%);与机械混合样相比,球形核壳结构超级铝热剂的流散性有较大提升,Al/CuO体系由48.8°减小至22.9°,Al/Bi2O3体系由37.3°减小至16.6°,Al2#@CuO球形核壳结构超级铝热剂的燃烧时间由100 ms增加到了0.9 s左右,表明改变微观结构会影响其燃烧特性。

    • Al/Zr/KClO4点火药的低湿热老化机制

      2023, 31(7):679-687. DOI: 10.11943/CJEM2023097

      摘要 (209) HTML (72) PDF 2.96 M (1120) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究铝粉/锆粉/高氯酸钾(Al/Zr/KClO4)点火药的低湿热老化机制,将Al/Zr/KClO4点火药在85,71,60 ℃和50 ℃下分别进行加速老化,利用热分析技术、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDS)分析了低湿条件下Al/Zr/KClO4点火药热分解性能和表面元素与形貌随着温度和时间的变化。结果表明,在加速老化时,随着老化时间的增加,KClO4晶体表面部分分子降解生成KClO3和KCl,Zr表面在热的作用下进一步氧化生成ZrO2,Al未见明显变化,同时,各组分表面形貌未发生变化。Al/Zr/KClO4点火药热分解活化能和热焓值随着老化时间的增加呈现下降趋势,与未老化的点火药相比,85 ℃老化160 d活化能降低了29.57 kJ·mol-1,热焓值降低了160 J·g-1。以反应速率、热焓值、各组分表面元素参量拟合获得了点火药老化机理函数,发现反应速率、Zr的氧化和KClO4降解能反映出点火药低湿热老化时的时间和温度效应。老化机理函数为n级反应,老化过程为Zr的氧化和KClO4降解,Zr的氧化速率和程度大于KClO4降解,老化活化能在95.86~128.90 kJ·mol-1

    • 微纳CL-20颗粒悬浮型炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

      2023, 31(6):552-560. DOI: 10.11943/CJEM2023044

      摘要 (275) HTML (81) PDF 1.94 M (2066) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL-20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技术对炸药油墨进行打印成型。通过密度计、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪对成型样品的性能进行表征,并测试了样品的撞击感度、摩擦感度和爆速,在此基础上研究了微纳CL-20颗粒含量与微型传爆药性能之间的关系。结果表明:随着炸药油墨中微纳CL-20颗粒含量的增大,墨滴成型后“咖啡环”现象逐渐明显,药线单层沉积厚度增加,打印成型效率增大,但孔隙率则逐渐增大。主体炸药CL-20在3D微喷打印过程中没有晶型的转变,仍为ε型。当成型样品中微纳CL-20颗粒的含量与黏结剂的比例为9∶1时,样品的实测密度为1.638 g·cm-3(86.19%TMD),弹性模量为5.43 GPa;其撞击感度、摩擦感度和爆速分别为4 J、240 N和7689 m·s-1,展现了较好的安全性能及微尺度传爆能力。

    • MXene/Cd(N32复合薄膜起爆药的制备及性能研究

      2023, 31(6):539-545. DOI: 10.11943/CJEM2023045

      摘要 (243) HTML (69) PDF 1.23 M (2092) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对深空复杂应用环境对火工品耐高温起爆药的迫切需求,通过静电相互作用的表面自组装方式构建了一种MXene基叠氮化镉(MXene/Cd(N32)复合薄膜耐高温起爆药。采用扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射以及红外光谱对MXene/Cd(N32复合薄膜起爆药的微观形貌及结构进行表征;通过差示扫描量热及热重等分析方法研究其热性能,并采用高速摄影记录其爆轰过程。结果表明:MXene纳米材料表面丰富的官能团可使Cd(N32在MXene片层上分布均匀,粒径约50 nm,且在较大空隙中无沉积堆叠现象;MXene纳米材料的高比表面积和优异的导热性能可有效促进Cd(N32的热分解,热分解温度为378.42 ℃;MXene纳米材料与Cd(N32复合不会影响Cd(N32的晶型及输出威力,制备所得的MXene/Cd(N32复合薄膜起爆药以较少的药量即可实现点火起爆。

    • 新型四唑-5-甲酰肼高氯酸镍高氮含能配合物的合成与性能

      2023, 31(6):531-538. DOI: 10.11943/CJEM2023041

      摘要 (432) HTML (205) PDF 1.46 M (3445) 评论 (0) 收藏

      摘要:寻找绿色低毒的无铅起爆药一直是含能材料的重要研究方向,本研究以1H-四唑-5-甲酸乙酯为原料通过肼解反应、配位反应合成了新型四唑类配体1H-四唑-5-甲酰肼(TZCA)及其高氯酸镍配合物Ni(TZCA)2(ClO42(ECCs-1),通过X-射线单晶衍射、红外光谱、核磁、元素分析、热重及同步热分析仪对其进行了结构表征和热分解性能测试;采用氧弹量热法测试了ECCs-1的燃烧热并采用盖斯定律和K-J方程预测了其爆轰性能;采用BAM测试方法测试了ECCs-1的感度;烤燃实验和铅板测试表征其起爆性能。结果表明,TZCA密度为1.83 g·cm-3,单斜晶系,C2/c空间群,堆积方式为V型交错堆积,ECCs-1粉末密度为1.90 g·cm-3,撞击感度为17 J,摩擦感度为72 N,热分解温度为336 ℃,其热分解反应活化能为183.3 kJ·mol-1,热爆炸临界温度为309.8 ℃,活化熵为46.745 J·K-1·mol-1,活化焓为178.563 kJ·mol-1。热烤实验和铅板测试结果表明,ECCs-1具有良好的起爆性能。

    • 基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列技术研究进展

      2023, 31(6):606-634. DOI: 10.11943/CJEM2023043

      摘要 (450) HTML (283) PDF 5.01 M (4061) 评论 (0) 收藏

      摘要:弹药信息化、智能化、小型化发展,对火工品提出了换能信息化、结构微型化、序列集成化的要求,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)火工品技术孕育而生。近年来,随着微小型无人平台技术的发展,形成了新型微毁伤形式,对微起爆序列这一系统级MEMS火工品的应用提出了迫切的需求。本文侧重于微起爆序列的应用及要求,在微换能元设计及能量控制、微起爆能量控制及器件化、微传爆能量传递与隔爆控制、微起爆序列设计与集成及序列可靠性评估5个方面,对基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列研究进展进行了总结。在此基础上,讨论了微起爆序列进一步发展的建议:深化微起爆传爆机理的基础研究;推进数字化工程,提升正向设计能力;加强大批量生产能力;加强微起爆序列样机的应用验证,提升技术成熟度。通过对微起爆序列技术现状的分析和未来发展的建议,以期为同行继续深入系统地开展微起爆序列技术研究、推动其应用进程提供有益参考。

    • 灼热桥丝式电火工品脉冲电流激励发火规律分析

      2023, 31(6):589-597. DOI: 10.11943/CJEM2022280

      摘要 (294) HTML (143) PDF 1.28 M (3369) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究灼热桥丝式电火工品的脉冲激励安全性,建立了灼热桥丝式电火工品的温升数理模型,研究了灼热桥丝式电火工品的发火判据,设计了灼热桥丝式电火工品临界发火电流的计算流程,揭示了单脉冲和脉冲串电流的激励参数对灼热桥丝式电火工品临界发火电流的影响规律。结果表明,在单脉冲激励下,当脉冲宽度小于5 μs时,灼热桥丝式电火工品的临界发火能量固定,即桥药系统处于绝热状态,灼热桥丝式电火工品是否发火与桥丝输入的能量有关;而当脉冲宽度大于15 ms时,灼热桥丝式电火工品临界发火电流固定,其发火状态与桥丝的电功率有关。在窄脉冲串电流激励下,临界发火电流随重复周期变化曲线的时间常数与脉宽无关,且当重复周期大于1.25 ms时,桥药系统无热累积效应,其临界发火电流与单脉冲电流作用情况一致;而当重复周期小于1.25 ms时,桥药系统出现热累积效应,该效应导致临界发火电流随重复周期降低而迅速衰减。

    • 纳米铝粉掺杂太安炸药的激光烧蚀特性

      2023, 31(6):598-605. DOI: 10.11943/CJEM2022281

      摘要 (194) HTML (114) PDF 1.86 M (1992) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索低含量纳米铝粉掺杂炸药的脉冲激光作用过程,采用阴影测量系统研究了单脉冲激光烧蚀1%纳米铝粉掺杂太安(PETN)炸药的等离子体膨胀和冲击波特性,并利用激光诱导击穿光谱监测激光烧蚀过程中的特征光谱。结果表明:当脉冲激光辐照到纳米铝粉掺杂PETN炸药表面时,炸药表面形成高温等离子体,等离子体膨胀后压缩周围空气形成冲击波。冲击波在50 ns时传播速度为12500 m·s-1,随着时间的增加,等离子继续膨胀,冲击波向前推进速度降低。800 ns时,冲击波内部出现大量的喷溅物。Al原子和AlO气相分子的特征谱线都是在1 μs的强度最大,到10 μs时消失,表明脉冲激光烧蚀下,纳米铝粉与炸药的作用时间小于10 μs。20 mJ激光能量下未检测到C原子和CN的光谱线。当激光能量增加到30 mJ时,纳米铝粉掺杂PETN炸药的光谱中出现C原子和CN的光谱线,表明纳米铝粉掺杂PETN炸药分解所需的激光能量应不少于30 mJ。

    • 非晶合金新型换能元材料性能初探

      2023, 31(6):577-588. DOI: 10.11943/CJEM2023050

      摘要 (248) HTML (150) PDF 2.50 M (2170) 评论 (0) 收藏

      摘要:为论证非晶合金作为新型换能元的可行性,设计制作了桥丝式非晶合金换能元,采用DSC热分析方法研究构成组分对非晶合金材料释能效果的影响,通过实验探究了非晶合金桥丝换能元在恒定电流激发下的电热温度响应、电阻温度系数变化以及电容放电激发的电爆特性。结果表明,非晶合金是一种亚稳态的含能材料,在晶化过程中释放能量。桥丝式非晶合金换能元具有电阻负温特性,电阻相对变化率为6.38%,电热换能功率可提高17.5%,与电阻-温度线性变化的镍-铬桥丝换能元相比,表现出更优良的释能效果。研究初步论证了非晶合金作为新型换能元材料的可行性,为电火工品换能增效技术发展提供了新方案。

    • Cu箔晶体微观形貌对爆炸箔起爆器的性能影响试验研究

      2023, 31(6):568-576. DOI: 10.11943/CJEM2023037

      摘要 (250) HTML (75) PDF 4.29 M (2063) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究Cu箔微观形貌及内部晶体组织结构对爆炸箔起爆器(Exploding Foil Initiator,EFI)性能的影响规律,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术和Lift-Off刻蚀法,在150,450 W和800 W溅射功率条件下制备了3种不同晶体形貌的Cu箔,并开展相应爆炸箔(Exploding Foil,EF)电爆炸性能,飞片速度以及EFI发火性能的试验研究。试验结果表明:3种溅射功率对应样品的平均晶粒尺寸分别为19.6~36.7nm,41.5~62.9 nm和58.6~80.2 nm,表面平均粗糙度分别为6.7,16.9 nm和46.2 nm,附着力分别为42.436,55.569 mN和71.135 mN。溅射功率为800 W时制备的Cu箔晶粒尺寸最大且分布最均匀,晶粒沉积致密平整,晶界较少,表面粗糙度最大,附着力最强,Cu(1 1 1)晶面的衍射峰最高,相应EF的电阻值和电感值最小,电爆炸能量利用率和飞片速度最高,集成的EFI 50%发火感度比溅射功率为450 W和150 W获得的样品分别高19.1%和22.6%。

    • Al@Co微米核壳含能粒子的可控制备与性能

      2023, 31(6):561-567. DOI: 10.11943/CJEM2023056

      摘要 (243) HTML (101) PDF 3.44 M (2140) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高铝粉能量释放速率,分别通过置换和先置换后化学镀的方法将微米铝表面的惰性氧化铝层替换为导热系数更高的钴壳层,得到钴壳层厚度分别为90,150,200,250 nm的Al@Co核壳含能粒子,并对其进行扫描电镜、透射电镜、能量色散谱、振动样品磁强计,以及热性能测试。结果表明,钴壳层致密均匀、厚度可控,且随着钴壳层厚度增加,粒子的自然抗氧化能力逐渐增强;各粒子表现出典型的铁磁滞回线,进一步证实了铁磁性物质钴的存在;包覆有200 nm钴壳层的Al@Co核壳含能粒子完全克服铝粉吸热,对外表现为剧烈放热,放热量为521.40 J·g-1,是一种有潜力的新型绿色起爆药燃料组分。

    • DNTF/PDMS/NC基含能油墨制备与性能

      2023, 31(6):546-551. DOI: 10.11943/CJEM2023051

      摘要 (187) HTML (108) PDF 1.44 M (2045) 评论 (0) 收藏

      摘要:为获得与喷墨打印技术兼容且在微尺度下稳定爆轰的全溶型炸药油墨,设计了以3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为主体炸药,聚二甲基硅氧烷(PDMS)和硝化纤维素(NC)为复合黏结体系的含能油墨。使用粘度计、电子密度仪和高速摄影仪等设备,探究了含能油墨流变特性和可打印性,采用扫描电子显微镜、纳米压痕仪及BAM撞击感度测试仪等仪器,表征了喷墨沉积样品微观形貌、力学性能和安全性能。结果表明:DNTF基含能油墨与喷墨打印技术兼容性良好,复合黏结体系能够将炸药颗粒紧密黏结。制得样品DNTF基复合物最大弹性模量达到6.438 GPa;其撞击感度和摩擦感度能量较于原料DNTF分别提升了6.5 J和24 N;在长100 mm、宽1 mm及深度1 mm的沟槽中爆速达到了7927 m·s-1

    • 温度交变中光纤接触式激光火工品的失效原因及抑制研究

      2023, 31(3):243-250. DOI: 10.11943/CJEM2022218

      摘要 (247) HTML (163) PDF 1.42 M (3338) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究温度冲击、温度循环等温度交变环境对激光火工品发火时间的影响规律及其作用机理,采用掺杂炭黑的高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(BNCP)为始发药剂及光纤窗口结构的激光火工品为实验样机,对经历47 h和94 h温度交变实验后的掺杂BNCP始发药剂性能、激光火工品结构变化、药剂和光纤约束情况进行了研究。结果表明,温度交变前激光火工品发火时间具有小于0.2 ms的高瞬发性,经历47 h温度交变后,发火时间会延迟至0.5 ms以上;随着温度交变时间的增长,达到94 h后个别产品发火延迟时间超过1 ms,甚至出现瞎火情况。掺杂BNCP始发药经历47 h的温度交变环境后出现碎晶,堆积密度从0.43 g·cm-3降低到0.32 g·cm-3,但碎晶现象不影响药剂的热分解性能及激光火工品的发火性能。温度交变环境下,火工品壳体结构与药剂膨胀系数的差异导致光纤和药剂间出现点火间隙,点火间隙同时影响激光光斑强度与热点的扩散效应,进而影响发火。通过增强药剂和光纤之间的约束可有效减少温度交变情况下点火间隙的产生,提高激光火工品的环境适应能力。

    • 绿色起爆药5-硝基四唑亚铜(DBX-1)研究进展

      2023, 31(3):266-263. DOI: 10.11943/CJEM2022210

      摘要 (523) HTML (235) PDF 2.40 M (4966) 评论 (0) 收藏

      摘要:5-硝基四唑亚铜DBX-1)是一种不含有毒重金属的绿色起爆药,从发现至今一直备受关注,合适的发火感度、优异的起爆能力和输出能力、良好的相容性和耐温性能使DBX-1被认为是最有可能代替叠氮化铅(LA)的绿色起爆药。5-硝基四唑钠(5-NaNT)是制备DBX-1的原材料,本研究针对5-NaNT在合成过程中存在的问题,对DBX-1的研究进展进行了综述,详细介绍了DBX-1从实验室合成到百克量制备的发展历程和5-NaNT合成路径演变过程,指出DBX-1后续研究应以提高合成过程安全性、掌握工艺参数对晶体形貌的影响规律、调控发火感度以及完善性能评估体系等为重点,为工程化应用奠定技术基础。

    • 电火工品换能元增效技术研究进展

      2023, 31(3):251-265. DOI: 10.11943/CJEM2022216

      摘要 (370) HTML (151) PDF 2.47 M (4605) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为电火工品的核心部件,换能元直接影响着电火工品的安全性和可靠性。电火工品结构微型化、换能信息化、序列集成化的发展趋势对于换能元提出了更高的技术要求。如何实现在低能量刺激下可靠发火,同时提升换能元的点火输出能力,即如何实现电火工品换能元的效能提升成为目前火工品换能器件研究的重要课题之一。为此,本文从换能元基底和电阻材料的优选、发火结构优化设计、自含能一体化增效以及含能薄膜复合增效等角度,综述了近年来电火工品换能元低能发火与输出增效的最新研究进展。在此基础上,讨论了未来开展换能元增效研究的重点:建立换能元材料参数基因库,借助机器学习算法等手段提高换能元发火结构优化设计的效率,针对宽带隙半导体材料等开展新换能体制的基础研究,探索含能金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)、含能钙钛矿等新型含能薄膜材料在换能元上的集成制备。

    • 温度对半导体桥电爆性能影响初探

      2023, 31(3):235-242. DOI: 10.11943/CJEM2021226

      摘要 (226) HTML (112) PDF 1.42 M (2549) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究温度对半导体桥(SCB)电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25 ℃和-40 ℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25 ℃和-40 ℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47 μs降低至0.25 μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7 ℃;-40 ℃时的SCB临界发火电压比25 ℃时高0.6 V。

    • 银膜换能元的喷墨打印及其性能表征

      2023, 31(3):215-221. DOI: 10.11943/CJEM2022205

      摘要 (317) HTML (145) PDF 2.19 M (3483) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常用薄膜换能元的沉积和成型方法耗时长、成本高、材料利用率低等问题,采用喷墨打印制备了银膜换能元,并采用扫描电镜(SEM)和原子力学显微镜(AFM)对换能元形貌及厚度进行了表征,对银膜桥的发火性能进行了研究。结果表明,银膜换能元厚度为2.1 μm,表面平整,在不同输入能量下存在电热、电爆两种情况。银膜桥更容易产生等离子体;蘸有斯蒂芬酸铅(LTNR)的银膜桥在47 μF脉冲放电下50%发火电压为6.65 V,脚-脚间可以耐受25 kV静电放电(放电电容为500 pF,串联5 kΩ电阻),可通过钝感电火工品1A1W5min测试。

    • 一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列

      2023, 31(3):229-234. DOI: 10.11943/CJEM2022211

      摘要 (268) HTML (185) PDF 1.32 M (3662) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现点火序列的高安全性及微封装体积,研究设计并制作了一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列,该序列包含了点火器、安保机构及点火药等核心部件,整体封装尺寸为Φ10 mm×3.3 mm。其中安保机构为具有双稳态功能的双层结构,前端的点火器为覆盖有Al/CuO微装药的NiCr桥箔,桥箔电极采用背部无引线封装的方法来降低序列封装体积,后端的点火药采用硼/硝酸钾(Boron/potassium nitrate)点火药。采用控制Al/CuO装药量的方法对其安保性能进行测试,结果表明该序列在Al/CuO装药尺寸为Φ800 μm×30 μm时安保机构在安全状态下能够阻隔前端点火器火焰能量的传递并保持结构功能完整,在解保状态下能够使后端的点火药被点火器点燃,具备点火隔火能力。

    • 集成PN结防护结构的薄膜换能芯片

      2023, 31(3):222-228. DOI: 10.11943/CJEM2022278

      摘要 (375) HTML (220) PDF 1.48 M (4550) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究设计了一种平面纵向集成PN结(半导体的空间电荷区)结构二极管的薄膜换能元芯片,并制作了3 Ω和4 Ω 2种桥区电阻, 每种电阻制备1.0 mm×1.0 mm、1.5 mm×1.5 mm、2.0 mm×4.0 mm 3种芯片尺寸,每种尺寸设计8,18,28,34 V 4种击穿电压的集成芯片样品,其中1.0 mm芯片对应4种击穿电压的芯片,1.5 mm、2.0 mm芯片对应34V击穿电压进行静电对比试验。为研究集成防护结构对换能元的爆发性能的影响,对3 Ω的1.0 mm集成芯片进行了发火试验测试。结果表明集成薄膜芯片尺寸越大,抗静电能力增强;芯片桥区电阻越大,越容易受到静电干扰损伤,其静电防护性能达500 pF/500 Ω/25 kV。PN结结构的击穿电压越小,其旁路电流的能力越大,对换能元爆发性能的影响越大,击穿电压越大,对换能元的静电防护作用越小。对于33 μF/16 V作用条件的火工品,选择18 V击穿电压的集成芯片说明集成薄膜芯片应用中需要根据换能元的工作电压选用合适的击穿电压,以保证集成芯片既可以防护静电干扰,不影响产品的正常作用。

    • 喷墨打印墨滴成形机理及其在含能领域应用进展

      2022, 30(9):937-951. DOI: 10.11943/CJEM2021294

      摘要 (480) HTML (362) PDF 3.77 M (6698) 评论 (0) 收藏

      摘要:喷墨打印技术是以墨滴为基础,集喷射工艺、离散堆积数控制造及计算机辅助设计于一体的先进精细微加工制造技术,是微机电系统(MEMS)火工品等微结构含能器件的重要装药途径之一。在喷墨打印过程中,如何实现墨滴的精确控制是提高材料可打印性和打印精度的关键。本文在系统调研喷墨打印成型机理研究的基础上,探讨了墨水的物理特性、打印工艺参数对墨滴形成方面的影响规律,梳理了“咖啡环”效应出现的原因及控制方法,归纳了喷墨打印过程中墨滴成形和沉积的控制策略,与此同时,综述了喷墨打印技术在传爆药、纳米铝热剂等方面的应用情况,展望了喷墨打印技术下一步在含能领域应用的发展方向。喷墨打印技术的按需滴加、皮升级沉积为微纳米结构含能药剂的精确装药提供了前提,在MEMS火工品、异形含能器件方面具有较好的应用前景。

    • 高强度CL-20/HTPE基微尺度传爆药的打印成型及性能表征

      2022, 30(9):920-926. DOI: 10.11943/CJEM2021292

      摘要 (311) HTML (226) PDF 2.02 M (5748) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研制出力学性能优异的微机电系统(MEMS)火工品用微尺度传爆药,以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药,以端羟基聚醚(HTPE)/硝化纤维素(NC)为复合黏结体系,以乙酸乙酯为共溶剂,加入一定量的甲苯二异氰酸酯(TDI)设计出一种全溶式炸药油墨,利用喷墨打印技术实现了高精度装药成型,利用异氰酸根与羟基的交联反应实现了微装药力学性能增强。采用电子密度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对打印样品的密度、微观形貌、热安定性、炸药晶型和力学性能进行了表征。结果表明,打印样品实测密度为1.70 g·cm-3,可达最大理论密度的88.54%,打印样品中CL-20由ε晶型转变为β晶型,其热分解表观活化能为173.00 kJ·mol-1,比原料CL-20提升了13.17 kJ·mol-1。打印样品弹性模量可高达10.47 GPa,硬度为0.22 GPa,展现了良好的力学性能。喷墨打印装药具有良好的传爆能力,临界爆轰尺寸和爆速分别为1 mm×0.18 mm和8054 m·s-1

    • 乙炔银-硝酸银的热分解特性

      2022, 30(7):666-672. DOI: 10.11943/CJEM2022078

      摘要 (289) HTML (345) PDF 1.38 M (5668) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了促进光敏炸药乙炔银-硝酸银配合物(Ag2C2·AgNO3)的稳定生产和应用,采用X射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、差示扫描量热仪和热重-质谱-红外三联用技术等对其结构形貌和热分解特性进行了研究。结果表明,制备的Ag2C2·AgNO3呈纳米球状,粒径在400~500 nm之间;Ag2C2·AgNO3只有1个放热分解过程,10.0 ℃·min-1升温速率下分解峰温为234.9 ℃,分解过程失重率为8.72%,放热量高达1449 J·g-1,分解过程的表观活化能和指前因子分别为108.9 kJ·mol-1和108.94 s-1;Ag2C2·AgNO3的气相分解产物为NO、NO2和CO2

    • 微流控技术制备叠氮化铅起爆药及其改性

      2022, 30(5):451-458. DOI: 10.11943/CJEM2022011

      摘要 (686) HTML (856) PDF 1.67 M (7722) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规叠氮化铅(Pb(N32,LA,Lead Azide)制备工艺存在自爆风险等问题,采用旋T型微流控芯片提供的微通道作为微反应器,借助其分子间扩散距离短、比表面积大、连续流动等特点,在微通道反应器内制备了微纳米尺度的LA起爆药,并使用聚焦型液滴微流控芯片对制备的LA起爆药进行了球形化改性处理。研究了反应物流速、有机溶剂、晶型控制剂等因素对产物的影响,并采用SEM、XRD、DSC等手段对产物进行了表征,对比了微流LA、微球LA与常规粉末LA的感度及爆炸性能。结果表明,通过控制微流控反应参数,可有效控制LA起爆药产物粒径,且制备的LA起爆药均为α型晶体;LA起爆药经球形化改性后,显著提高了其撞击感度H50(25.5 cm到12.1 cm)、降低了静电火花感度E50(1.98 kV到2.97 kV)和火焰感度L50(26.3 cm到16.1 cm),同时提高了爆压(升高63.6%)。基于微流控技术的LA起爆药制备和改性是一种安全高效方法,为敏感起爆药的可控制备和调控提供了新思路。

富氮杂环含能化合物的创制

年第卷第

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