集成爆炸箔起爆器与平面三电极高压开关技术研究

发布时间：2020-06-11 10:57

【摘要】：针对爆炸箔起爆系统的低能化、小型化、集成化以及低成本发展需求,本文基于微机电系统(MEMS)技术和低温共烧陶瓷(LTCC)技术分别实现了爆炸箔起爆器的集成化设计与制备,并对制备的集成爆炸箔起爆器进行了性能表征;同时还开展了适用于爆炸箔起爆器一体化集成的平面三电极高压开关的研究。主要研究内容及结论如下:(1)采用MEMS工艺实现了爆炸箔起爆器的批量化原位集成制备。利用光子多普勒速度测试(PDV)系统研究表明,复合飞片的速度随着发火电压的增加逐渐增大;而在相同发火条件下,复合飞片的速度随着加速膛直径的减小反而逐渐增加,即加速膛直径等于桥箔宽度时获得的复合飞片速度最大。在0.22μF电容放电条件下,起爆装药密度为1.60g·cm-3的HNS炸药的最低发火电压约为1.4kV。(2)利用LTCC技术完成了爆炸箔起爆器的一体化集成烧结。在0.22μF电容放电条件下,Au桥箔驱动的陶瓷飞片的速度随着发火电压的升高先增大后减小,在2.50kV发火电压下陶瓷飞片的速度最大,约为2422m/s。起爆装药密度为1.60g.cm-3的HNS炸药结果表明,Au桥箔的最小发火电压为2.5kV,Ag桥箔的最小起爆电压为2.8kV。(3)依据传统气体开关的工作模式设计平面三电极高压开关,通过直接刻蚀PCB覆铜板和利用LTCC工艺制备出平面三电极开关,简化了制备工艺。对制备的开关性能研究得出:开关在氩气和空气两种氛围下,自击穿电压与主电极间隙均呈线性正相关,而电极的形状则影响不大;开关的工作电压为其自击穿电压的78%～92%时,延迟时间最短;在空气环境下,多弧道开关相比单弧道开关可提高电流的峰值和缩短延迟时间;开关的平均电感约为72nH,平均电阻约为120mΩ。同时在空气环境下,研究对比了三种开关的性能得出,研制的PCB与LTCC平面三电极开关的峰值电流、延迟时间、放电周期以及固有电感均优于商用的冷阴极触发开关。
【图文】：

逦Ｅｔｃｈ邋Ａｒｅａ逡逑图１．２硅基爆炸箔起爆器结构示意图逡逑１９９８年，美国ＣＴＢｒｉｅｎ等人［６］基于ＭＥＭＳ工艺设计了一种如图１．３所示的将换能元逡逑组件模块化以及与放电回路全集成的全固态集成爆炸箔起爆系统。逡逑Ｍｅｔａｌ邋Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｔｒｉｇｇｅｒ邋—Ｍｅｔａｌ邋Ｆｏｉｌ邋ｐ邋｜邋Ｐｏｌｙｍｅｒ邋Ｆｌｙｅｒ逡逑□逦Ｓｌａｐｐｅｒ逦．邋＼邋：逡逑Ｓｗｉｔｃｈ邋ｉ逦／逡逑Ｒｅｓｉｓｔｏｒ邋Ｃａｐａｃｉｔｏｒ逡逑Ｔｏｐ邋Ｖｉｅｗ逦Ｓｉｄｅ邋Ｖｉｅｗ逡逑图１．３全固态集成爆炸箔起爆系统结构示意图逡逑该系统包括采用集成电路工艺一体化集成的平面高压电容、平面高压^u关、发火回逡逑路、金属爆炸箔、飞片层和加速膛等。平面高压电容由在基底上交替沉积的金属层和电逡逑介质层组成，层数可根据电容值确定，且金属层之间形成错位，以方便电连接。平面高逡逑压开关的触发极可以在电脉冲的作用下击穿三层电绝缘层导通脉冲大电流。集成爆炸箔逡逑３逡逑

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【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1

【参考文献】

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本文编号：2707804