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1306V的放电回路中，Al／Ni多层膜的沉积能量为0．1205～0．1274J，相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1900V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叫占驱动飞片约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。

PTFE/Al反应多层膜的制备及力学性能

以铝(Al)为可燃物质,聚四氟乙烯(PTFE)为氧化剂,利用射频磁控溅射法制备了不同厚度,交替沉积的PTFE/Al反应多层膜。采用原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射仪(XRD)研究了溅射功率对薄膜表面形貌的影响规律,得到了PTFE/Al反应多层膜适宜的制备工艺,利用纳米压痕仪研究了PTFE/Al反应多层膜的力学性能。结果表明,当射频溅射功率分别为50 W和150 W时,制得的PTFE薄膜和Al薄膜的平均粗糙度与均方根粗糙度均较低。当PTFE/Al反应多层膜总厚度约为300 nm时,与相同厚度的纯PTFE膜和纯Al膜相比,PTFE/Al反应多层膜具有较高的硬度和弹性模量,分别为5.8 GPa和120.0 GPa。

纳米反应多层膜的制备及应用

纳米反应多层膜是指两种或两种以上不同材料按一定厚度在衬底上交替沉积形成的薄膜材料。纳米反应多层膜是一种新结构形式的纳米含能材料,可在较低的能量刺激下发生放热反应,产生的热量足以使反应区以特定的速度自持传播,具有反应瞬间完成、放热量大等特点。由于结构可自行设计以及不同于单层膜的特殊性能,纳米反应多层膜可广泛应用于微电子器件、微机械系统(MEMS)等领域。对近年来国内外纳米反应多层膜的制备方法、反应机理以及在器件应用等方面的研究进行了综述,主要分析讨论了机械加工、蒸发镀膜和磁控溅射3种制备方法的优缺点,并对今后纳米反应多层膜的研究方向及研究重点进行了展望。

Al/Ni多层膜中反应波传播速度的理论研究

为了研究Al/Ni反应多层膜在微纳米点火器件中的应用,采用扩展Mann模型,计算了反应多层膜中反应波的传播速度。定义单层厚度比为δ(2b-1)δ,将现有模型扩展至可计算任意多层膜中反应波的传播速度;计算了Al/Ni多层膜中反应波的传播速度,与试验结果吻合较好,验证了扩展模型。计算结果表明存在一个临界厚度δcr。当对层厚度δbi<δcr时,速度与δbi成正比;当δbi>δcr时,速度与δbi成反比。

Al/Ti反应多层膜中反应区传播速度的理论计算

Al/Ti反应多层膜中反应区的传播速度是表征其特性的特征参数之一。通过定义初始单层厚度比为δ:(2b-1)δ,将Mann模型扩展为可计算任意厚度比的多层膜中反应区的传播速度。采用扩展模型计算了1Al/1Ti和3Al/1Ti反应多层膜中反应区的传播速度,计算结果与文献中的实验结果吻合。此外,讨论了预混厚度对反应传播速度的影响,得到了预混厚度与临界厚度的关系式。

多层膜自持反应的数值模拟

采用有限差分法对Al/Ni多层膜的自持反应历程进行了数值模拟,研究了多层膜反应时的反应温度、速度以及反应区形状与宽度。结果表明:Al单层厚度为10nm的Al/Ni多层膜建立自持反应的时间约为0.01ms,且此时间随Al单层厚度增大而增加。稳定传播之前的反应速度较快,反应区宽度较之稳定传播后窄;稳定传播后,反应区宽度不再变化;此外,反应区由于预混层的存在呈现U形,与试验结果吻合。