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。

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。

摘要：基于国内外电爆桥膜换能元技术的研究现状,总结了桥膜换能元的基本结构和类型,给出了V形桥区电阻和质量的计算方法;并提出了电容放电输入和长脉冲恒流输入条件下桥膜换能元的电热致电爆换能模型,以便估算桥膜换能元温升及临界爆发参数。采用溅射镀膜方法制备了多种不同结构的桥膜芯片及其桥塞换能元,测试表明桥膜芯片的电阻偏差均小于±5%。电爆实验表明,电阻/质量为2.25Ω/0.196μg的芯片与Φ3.4mm的桥塞所集成的换能元,在24V/33μF放电下的爆发时间为87μs,瞬发度很高;5min恒流脉冲输入的不爆发电流约为0.91A,电流安全性较好。电阻/质量分别为1.03Ω/0.259μg和1.05Ω/0.095μg的芯片与Φ3.4mm的桥塞所集成的换能元,5min恒流脉冲输入的不爆发电流均大于1.32A,电流安全性较高。

摘要：为了满足MEMS火工品的低能化发火和高能量利用率要求,基于MEMS技术设计并制备了8种不同桥区中心角度的“V”型薄膜换能元,对不同换能元样品进行了结构参数表征和性能测试,并完成了8种换能元安全电流测试和电容放电条件下的发火性能测试。研究表明:在“V”型结构桥区桥膜厚度一定的情况下,通过减小桥区面积、缩短桥区中心宽度以及选择合适的桥区中心角度可实现MEMS火工品的低能化发火;当“V”型桥区中心角度在50°到90°之间时,本研究薄膜换能元最小全发火电压可降低至2.2V/100μF。

摘要：为研究氮化钽薄膜换能元在不同激励条件下的温度响应特性,利用瞬态光学高温计,分别在恒定电压激励和电容激励下对不同结构尺寸的氮化钽薄膜换能元进行瞬态响应温度测试。结果表明:相同尺寸时,在电容激励下换能元可在几十微秒内达到最高温度,而在恒压激励下需要100多微秒;在电容激励下,随着换能元长度的增加,换能元的最高温度以幂函数的形式不断减小,且与仿真结果的总体变化趋势一致;在恒压激励下,随着激励电压的增加,换能元的最高温度呈线性关系增加,在高电压激励下,换能元的发热持续时间较短。本研究为对换能元的结构尺寸设计与激励条件的选择提供参考。

摘要：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。

摘要：为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板(简称FPC或软板)制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段(PDV)测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s^(-1)增加到4589 m·s^(-1),速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS?Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。

摘要：随着科技的不断向前发展,当前世界范围内弹药技术取得了极大的突破。 MEMS火工品由于其在实际应用中所具有的一系列优势被世界各国所重视。在这样的情况下,为了使得MEMS火工品在应用时对于能量利用率提出的严格要求得到有效满足。文章对MEMS技术进行了详细分析,并且结合换能元技术设置了8种不同桥区中心角度的微型薄膜换能元。为了对该换能元的实际应用表现进行查看,对各类换能元样品的一些参数进行了详细测试,并且对电容在处于放电状态当中的发火性质进行了研究。最终发现微型薄膜换能元在应用时可以通过桥区面积的合理缩小使得MEMS火工品在实际应用的过程当中全面提高对能源的利用率,除此之外,经过试验发现当V型桥区的中心角度处于50度到90度这一范围之内时薄膜换能元的电压可以降到最低的程度。

摘要：针对微结构换能元设计的规范化问题,从解析几何的基本原理出发,建立微结构换能元参数化结构设计方法,获得不同结构微换能元上、下边界的数学表达式。同时借助于单元离散的基本思想,将微结构换能元离散成有限数量个近似方形的微小单元,依据串、幵联电阻值计算方法,建立微结构换能元电阻值分析计算模型,幵验证了模型准确性。结果表明,菱形和圆弧边界换能元的电阻值随宽度w、特征角度β或特征半径Rc增加呈幂函数形式减小,随长度l增加呈幂函数形式增加。本研究为换能元的结构设计提供技术支撑。

摘要：针对传统电火工品桥丝焊接存在虚焊、人工效率低等问题,开展了基于MEMS工艺的电极塞换能元一体化集成技术研究。提出了电极塞换能元一体化集成设计的方案,通过在传统电极塞中引入MEMS工艺,形成了一体化集成的电极塞换能元。所设计的电极塞换能元具有平面结构、无人工焊接、批量化等特点,在10μF/15V条件下能够可靠作用。本研究为新一代电火工品设计提供技术支撑。