MEMS火工品设计方法探讨

针对MEMS火工品的优点和关键特征进行了梳理总结,从微结构换能元设计、微纳结构药剂设计、微含能器件设计、微起爆序列设计4个方面对MEMS火工品设计方法进行了综合阐述。最后,从构建MEMS火工品数字化设计体系、提升集成与装配工艺设计水平、增强多学科多尺度协同设计能力3个方面,陈述了对MEMS火工品设计未来发展思路的一些见解,以期为形成完善的MEMS火工品设计体系提供借鉴。

MEMS火工品用状态反馈硅基安保装置的集成化设计

为了反映微安保装置集成在MEMS火工品时的工作状态,提出了一种具备状态反馈功能的硅基安保装置。该安保装置以电热驱动为基本原理,通过电热执行器与平面棘爪机构的组合,实现了对硅隔板运动状态的主动控制。在硅隔板上设计了通光孔,在隔板运动时,通过检测后端光敏电阻阻值的变化,实现了机构运动状态的实时反馈。微安保装置芯片尺寸为8.5mm×8.5mm×0.75mm,内部集成有0.3mg叠氮化铜,隔断位移达500µm,具备相应的起爆隔爆功能。

低G值惯性延时MEMS火工品一体化设计

开展了具备低G值惯性延时解保功能的MEMS火工品的研究工作,提出了MEMS火工品一体化设计的技术方案,通过ADAMS软件与ANSYS软件分析了MEMS火工品中电热锁销机构以及延时机构的动力学模型。结果表明:所设计的锁销机构可以在10V直流电压的控制下输出57.2μm的位移,满足相应的解锁要求;所设计的延时机构可以在10g环境力的作用下,实现560ms的延时输出,输出位移为1.5mm;MEMS火工品的整体尺寸为10mm×10mm×0.28mm。

MEMS火工品换能元的研究进展

换能元作为微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品的核心部件,是MEMS火工品安全性和可靠性的重要影响因素,对整个武器系统的影响也是不可忽视的。文中从换能元的基底和电阻材料研究、结构设计等角度,综述了近年来MEMS火工品换能元的最新发展研究。介绍了MEMS火工品换能元的两大关键技术:MEMS火工品换能元的设计制备方法以及换能元性能参数的测试表征。指出:具有微型化、集成化、多功能化和高可靠性的MEMS火工品换能元是未来研究的热点。为M EM S火工品换能元的设计研究提供理论支撑,应加强微尺度下的热散失特性以及桥区电阻特性研究。认为复合含能薄膜桥换能元是MEMS火工品换能元的一个重要发展方向。

微序列隔板0-对MEMS火工品传爆性能的影响

针对微序列隔板0-对MEMS火工品传爆性能的影响,做了简单了论述.火工品集成技术的综合应用,能够促使火工品在耐受环境能力以及系统能量利用率等方面,有着跨越性发展,使得火工品技术不断进步,扩大了市场需求,使得性能研究成为重点内容.基于此,加强微序列隔板0-对MEMS火工品传爆性能的影响,有着必要性.

一种可用于微机电火工品的平面开关研究

针对微机电(MEMS)火工品发火能量低、安全性差的问题,开展了一种可用于提高MEMS火工品安全性的MEMS平面开关研究。利用数值模拟手段分析计算了MEMS平面开关的电热性能,并进行了优化设计,获得了平面开关的优化设计方案。通过MEMS工艺加工制作了MEMS平面开关,并测试了其性能。测试结果表明,MEMS平面开关能够实现电路断-开的转换,开关的作用电压为10 V,平均作用电流为0.509 A.

基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列技术研究进展

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。

高固含量CL-20基炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了获得微尺度爆轰性能优良且与3D微喷打印工艺兼容的悬浮式炸药油墨配方,以水溶性壳聚糖(CS)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)为复合黏结体系,亚微米CL-20为主体炸药,设计和制备了高固含量CL-20基炸药油墨,并通过3D微喷打印平台进行打印成型。采用扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对成型样品的形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)、机械感度仪和静电感度仪分别测试了样品的热分解性能、机械感度和静电感度,并对微型打印样品的爆轰性能进行了测试。结果表明,CL-20质量分数为90%时,打印成型样品表面宏观比较平整,但微观平均粗糙度约为14.58μm,内部结构均匀,层间无明显孔隙,成型样品中CL-20的晶型为ε型;与亚微米CL-20相比,油墨成型样品的表观活化能增加了5.94 kJ/mol,其撞击、摩擦和静电感度分别下降了1 J、80 N和0.21 J;微型传爆药打印样品的成型密度为1.515 g/cm^(3),爆轰临界尺寸和爆速分别为1 mm×0.135 mm和7484 m/s。

溶剂对微控直写含能油墨的性能影响

以CL-20作为含能油墨炸药主体,采用硝化纤维素作为粘结剂,分别以丙酮和乙酸丁酯为溶剂配制含能油墨,研究了不同溶剂对含能油墨性能的影响。所得的两种含能油墨均可流畅书写,成型后光滑、无裂纹。经SEM、XRD表征和DSC分析,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨在致密程度、晶型稳定性及组分相容性等方面均优于溶剂为丙酮的含能油墨。对两种溶剂的含能油墨进行固化时间测定,丙酮为溶剂的含能油墨的固化时间约为45min,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨的固化时间为180min。通过靶线法测得丙酮为溶剂的含能油墨的平均爆速为5 499m/s,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨的平均爆速为8 971m/s。

薄膜微结构换能元温度测量技术研究

为了适应火工品微型化、集成化和智能化等发展趋势,薄膜微结构换能元的引发温度测试已成为一项亟需解决的关键问题。采用MEMS技术将薄膜铂电阻和薄膜微结构换能元集成在氮化硅基底上,利用原子力显微镜等设备对薄膜铂电阻的几何尺寸进行了表征,通过实验测量了薄膜微结构换能元在不同直流激励下铂电阻的阻值变化,从而得到了薄膜微结构换能元的温度响应曲线。此外,测得斯蒂芬酸铅的点火温度平均为318℃,与理论值330~350℃接近,验证了将薄膜铂电阻与薄膜微结构换能元集成于一体测量微小尺寸条件下发火温度的可行性与有效性。

不同桥形微结构换能元的仿真设计与实验研究

微结构换能元是微机电系统(Micro Electro?Mechanical Systems,MEMS)火工品的关键器件,其桥区微结构设计对MEMS火工品的输出性能和能量利用率具有显著影响。为完善MEMS火工品微结构换能元设计理论,设计制作了8种不同桥形微结构换能元,采用仿真研究与红外测试等手段进行微结构换能元桥形结构优选与微结构效应研究,获得了V?50和L?1两种优选桥形结构换能元,揭示了不同桥形结构对换能元输出性能的影响规律,其中V?50桥形微结构换能元平均发火电压达到了100μF/3.5 V,能量利用率为46.6%。

喷墨打印墨滴成形机理及其在含能领域应用进展

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。