银膜换能元的喷墨打印及其性能表征

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2.1μm,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47μF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。

微机电火工品薄膜结构换能元

为了满足MEMS火工品的小型化、集成化和低能发火等要求,本文基于MEMS技术,设计了一种平面"蛇"形结构的薄膜换能元,采用磁控溅射等MEMS薄膜制作技术,完成了不同薄膜桥区电阻和基底材料薄膜换能元样品的制备,采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),低电阻测试仪、红外热像仪等设备,完成了不同换能元样品结构(薄膜桥区线宽、长度及厚度等)及性能(电阻、电热响应等)参数的测试与表征。通过分析研究,获得了薄膜桥区电阻材料、基底材料、薄膜厚度以及桥区结构形状对换能元性能的影响规律,优选确定以金属Pt和7740玻璃作为换能元电阻及基底材料,发火性能达5V/33μF,满足MEMS火工品的低能化要求。

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。

厚度对MEMS换能元薄膜电阻率的影响研究

为完善微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品薄膜换能元设计理论,减小微尺度下换能元参数的设计误差,保证设计电阻及MEMS火工品的作用性能,理论分析了微尺度下薄膜电阻率的影响因素,采用磁控溅射进行了不同材料(Al、W、Cr、Ni-Cr)、不同微纳米厚度(<2μm)薄膜的制备,并对不同厚度薄膜的电阻率参数进行表征,揭示了微纳尺度下电阻率的尺度效应规律,获得了相应的拐点数据。

NiCr薄膜换能组件静电放电响应分析与防护

目的 针对NiCr薄膜换能组件易受到人体静电干扰的问题,提出一种分析其静电放电响应特性的方法,并设计一种基于瞬态电压抑制(TVS)二极管的静电防护方案,提高其抗静电干扰的能力。方法 基于理论分析和COMSOL多物理场仿真软件,构建NiCr薄膜换能组件的静电放电模型,研究其在人体静电环境下的响应特性,并设计TVS二极管作为防护措施。结果 通过研究NiCr薄膜换能组件的静电响应特性,得到了其桥区温度及温度分布。结果显示,采用TVS二极管的静电防护设计能显著降低静电干扰,并表现出优异的防护效果。结论 在人体静电放电环境下,NiCr薄膜换能组件的桥区长度对温度无显著影响,但桥区温度随宽度和厚度的增加而降低。仿真和实验结果的峰值电流误差在2.5%以内,且峰值电流降低了40%,验证了TVS二极管在静电防护中的有效性,有助于提升NiCr薄膜换能组件的可靠性与安全性。

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。

碳膜桥作为点火装置的设计与可行性

通过采用气溶胶辅助化学气相沉积、激光切割、微笔直写等技术,制备了一种类石墨碳膜换能元。以正己烷为碳源,在Al2O3基底上沉积了一层厚度约2μm的碳薄膜,利用激光切割对碳膜形状进行控制以及微笔直写形成银电极,构成双V型碳膜桥换能元。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及拉曼光谱(Raman)对碳膜的形貌及结构进行了表征,并对碳膜桥换能元的发火性能进行了研究。结果表明:碳膜桥的成型工艺简单有效,其发火区间窄,抗静电能力强,作用时间长,安全性可靠性高,能够实现对钝感药剂的点火。

Al/CuO-半导体桥微型化换能元

针对目前换能元尺寸较大的问题,提出Al/CuO半导体桥微型化换能元,该换能元Al/CuO含能薄膜的总厚度为900 nm。仿真验证结果表明,该换能元在5 V恒压激励下温度要远高于Al与CuO反应的温度;发火实验结果表明,该换能元在5 V恒压激励下能够点燃5 mg粉末状B/KNO_(3)钝感药。