Al/CuO复合薄膜含能点火器件作用机理与点火性能研究
发布时间：2021-12-11 07:09
因相比于桥丝式火工品具有更好的点火性能和安全性能,半导体桥（SCB）火工品经过数十年的发展,逐步呈现其大规模应用前景。然而,受限于桥膜本身质量与激励能量,SCB在点燃钝感药剂或者药剂界面与桥界面存在任何空气间隙时,可能出现点火不可靠的情况。为此,本文在成熟的SCB点火技术基础上,采用离子束溅射方法,将Al/CuO纳米含能材料复合薄膜与多晶硅薄膜有机结合,设计与制备一种新型的含能点火器件,研究其作用过程与能量转换机理,揭示其点火性能与影响规律,主要研究内容及结论如下:（1）采用红外显微热像技术以及超高速摄影技术,分别研究了含能点火器件在不同激励能量下的作用过程,分析了能量转换机理,结果表明:低幅值、长脉宽能量激励时,Al/CuO复合薄膜与多晶硅薄膜换能机制为热传导与热反馈,复合薄膜化学反应释放的热量反馈给多晶硅薄膜,加速或推进其进一步作用;而高幅值、短脉宽能量激励时为热传导、对流换热和辐射传热的混合换能机制,复合薄膜在多晶硅爆发产生的冲击波作用下形成飞散粒子;多晶硅薄膜与复合薄膜之间的能量交换为前期热传导和爆发后对流传热的混合机制;无约束情况下还包括强瞬态辐射传热。（2）在电容放电作用过...
【文章来源】： 南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：151 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SCB国内外研究概况
1.2.2 含能复合薄膜国内外研究概况
1.2.3 基于复合薄膜的点火器件国内外研究概况
1.2.4 基于多晶硅与纳米复合薄膜点火器件研究现状
1.2.5 多晶硅与Al/CuO复合薄膜作用机理概述
1.3 论文主要研究工作
2 点火器件作用过程与能量转换机理研究
2.1 点火器件结构与封装介绍
2.2 作用过程与换能机理实验研究
2.2.1 低幅值长脉宽能量激励下作用过程与换能机理
2.2.2 高幅值短脉宽能量激励下作用过程与换能机理
2.3 本章总结
3 点火器件电爆特性实验研究
3.1 电爆特性参数变化规律研究
3.1.1 电容放电激励特性参数变化规律
3.1.2 恒流激励特性参数变化规律
3.2 电爆成长过程实验研究
3.2.1 复合薄膜对电爆成长过程的影响
3.2.2 桥型对电爆成长过程的影响
3.2.3 激励能量对电爆成长过程的影响
3.3 电爆过程发射光谱分析
3.3.1 电爆过程光谱分析及计算方法
3.3.2 电爆过程光谱分析结果与讨论
3.4 本章总结
4 点火器件温度分布有限元仿真模拟
4.1 有限元仿真基本介绍及流程
4.1.1 有限元热分析基础
4.1.2 物理过程与基本假设
4.1.3 点火器件有限元仿真基本流程
4.2 电容放电激励点火器件温度分布有限元仿真
4.2.1 载荷加载方式
4.2.2 点火器件温度分布仿真结果与分析
4.3 恒流激励点火器件温度分布有限元仿真
4.3.1 有限元仿真模型及前处理
4.3.2 有限元仿真结果与分析
4.4 本章总结
5 等离子体点火过程一维两相流模型及数值模拟
5.1 基本概念及物理模型
5.1.1 基本概念
5.1.2 物理模型
5.2 数学模型
5.2.1 守恒方程
5.2.2 辅助方程
5.2.3 计算源项
5.3 数值计算方法
5.3.1 方程组向量形式
5.3.2 差分格式及稳定性条件
5.3.3 滤波
5.3.4 边界条件
5.3.5 初始条件
5.3.6 计算程序
5.4 基本计算与分析
5.5 不同因素对点火性能的影响规律
5.5.1 多晶硅膜对点火性能的影响规律
5.5.2 Al/CuO复合薄膜对点火性能的影响规律
5.5.3 药剂性质对点火性能的影响规律
5.6 本章总结
6 点火器件点火性能实验研究
6.1 点火性能实验研究
6.1.1 实验样品及装置
6.1.2 电热点火性能实验研究
6.1.3 等离子体点火性能实验研究
6.2 非接触式点火性能实验研究
6.2.1 实验样品及装置
6.2.2 电容放电激励点火实验结果与分析
6.2.3 恒流激励点火实验结果与分析
6.3 本章总结
7 结论与展望
7.1 论文的主要内容与结论
7.2 论文的主要创新点
7.3 论文的不足及后续工作展望
致谢
参考文献
附录:攻读博士学位期间发表的论文和出版著作情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合半导体桥的电爆特性 [J]. 徐兴,张文超,秦志春,邓吉平,王军,徐振相,周彬,彭金华. 含能材料. 2015(01)
[2]Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征 [J]. 李东乐,朱朋,付帅,沈瑞琪,叶迎华,华天丽. 含能材料. 2013(06)
[3]火工品用复合半导体桥技术的研究与发展 [J]. 李勇,周彬,秦志春,沈瑞琪,陈飞,杜培康,贾昕,文雷鸣,张君德. 含能材料. 2013(03)
[4]静电放电对SCB起爆装置作用的数值模拟及实验研究 [J]. 陈飞,周彬,秦志春,沈瑞琪. 南京理工大学学报. 2012(05)
[5]Experimental Study on Plasma Temperature of Semiconductor Bridge [J]. 吴蓉,朱顺官,张琳,李燕,冯红艳. Journal of China Ordnance. 2012(01)
[6]介电式Al/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能 [J]. 朱朋,周翔,沈瑞琪,叶迎华,胡艳. 含能材料. 2011(04)
[7]陶瓷基体表面粗糙度对Ni-Cr薄膜换能元性能的影响 [J]. 王广海,李国新,焦清介. 兵工学报. 2011(05)
[8]Ni-Cr薄膜换能元点火性能研究 [J]. 任小明,解瑞珍,薛艳,刘兰,张晶鑫,王可暄. 火工品. 2011(02)
[9]半导体桥等离子体的光学诊断 [J]. 张琳,冯红艳,朱顺官,张文超. 南京理工大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]半导体桥火工品点火过程中桥体电压-电流特性 [J]. 刘明芳,张小兵. 弹道学报. 2010(04)
博士论文
[1]复合半导体桥电爆特性及桥温变化的研究[D]. 张文超.南京理工大学. 2011
[2]激光驱动金属飞片冲击起爆技术研究[D]. 吴立志.南京理工大学. 2010
[3]纳米Ni-Cr薄膜的制备、表征及其性能研究[D]. 晏建武.中南大学. 2006
[4]半导体桥点火数值模拟与试验研究[D]. 祝逢春.南京理工大学. 2004
硕士论文
[1]Al/CuO-SCB的安全性能研究[D]. 王榴.南京理工大学. 2015
[2]反应性半导体桥含能复合薄膜的制备及其特性研究[D]. 李东乐.南京理工大学. 2014
[3]Al/Ni纳米复合含能材料的制备、表征与性能研究[D]. 金晓云.南京理工大学. 2012
[4]用于冲击片雷管的Al/CuO反应含能桥膜研究[D]. 周翔.南京理工大学. 2012
[5]Al/CuO多层含能桥膜的制备与电爆特性研究[D]. 杨洋.南京理工大学. 2010
[6]半导体桥点火药剂的敏化研究[D]. 徐禄.南京理工大学. 2009
[7]Al/CuO多层可反应性薄膜制备与反应性能研究[D]. 黄道伍.南京理工大学. 2009
[8]铝—氧化铜可反应性膜的制备与性能研究[D]. 董能发.南京理工大学. 2008
[9]电容放电条件下空载H形半导体桥桥区电热模型研究[D]. 汤堡辉.南京理工大学. 2008
[10]药剂等离子体点火实验与敏化技术研究[D]. 万晓霞.南京理工大学. 2008
本文编号：3534233
【文章来源】： 南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：151 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
注释表
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 SCB国内外研究概况
1.2.2 含能复合薄膜国内外研究概况
1.2.3 基于复合薄膜的点火器件国内外研究概况
1.2.4 基于多晶硅与纳米复合薄膜点火器件研究现状
1.2.5 多晶硅与Al/CuO复合薄膜作用机理概述
1.3 论文主要研究工作
2 点火器件作用过程与能量转换机理研究
2.1 点火器件结构与封装介绍
2.2 作用过程与换能机理实验研究
2.2.1 低幅值长脉宽能量激励下作用过程与换能机理
2.2.2 高幅值短脉宽能量激励下作用过程与换能机理
2.3 本章总结
3 点火器件电爆特性实验研究
3.1 电爆特性参数变化规律研究
3.1.1 电容放电激励特性参数变化规律
3.1.2 恒流激励特性参数变化规律
3.2 电爆成长过程实验研究
3.2.1 复合薄膜对电爆成长过程的影响
3.2.2 桥型对电爆成长过程的影响
3.2.3 激励能量对电爆成长过程的影响
3.3 电爆过程发射光谱分析
3.3.1 电爆过程光谱分析及计算方法
3.3.2 电爆过程光谱分析结果与讨论
3.4 本章总结
4 点火器件温度分布有限元仿真模拟
4.1 有限元仿真基本介绍及流程
4.1.1 有限元热分析基础
4.1.2 物理过程与基本假设
4.1.3 点火器件有限元仿真基本流程
4.2 电容放电激励点火器件温度分布有限元仿真
4.2.1 载荷加载方式
4.2.2 点火器件温度分布仿真结果与分析
4.3 恒流激励点火器件温度分布有限元仿真
4.3.1 有限元仿真模型及前处理
4.3.2 有限元仿真结果与分析
4.4 本章总结
5 等离子体点火过程一维两相流模型及数值模拟
5.1 基本概念及物理模型
5.1.1 基本概念
5.1.2 物理模型
5.2 数学模型
5.2.1 守恒方程
5.2.2 辅助方程
5.2.3 计算源项
5.3 数值计算方法
5.3.1 方程组向量形式
5.3.2 差分格式及稳定性条件
5.3.3 滤波
5.3.4 边界条件
5.3.5 初始条件
5.3.6 计算程序
5.4 基本计算与分析
5.5 不同因素对点火性能的影响规律
5.5.1 多晶硅膜对点火性能的影响规律
5.5.2 Al/CuO复合薄膜对点火性能的影响规律
5.5.3 药剂性质对点火性能的影响规律
5.6 本章总结
6 点火器件点火性能实验研究
6.1 点火性能实验研究
6.1.1 实验样品及装置
6.1.2 电热点火性能实验研究
6.1.3 等离子体点火性能实验研究
6.2 非接触式点火性能实验研究
6.2.1 实验样品及装置
6.2.2 电容放电激励点火实验结果与分析
6.2.3 恒流激励点火实验结果与分析
6.3 本章总结
7 结论与展望
7.1 论文的主要内容与结论
7.2 论文的主要创新点
7.3 论文的不足及后续工作展望
致谢
参考文献
附录:攻读博士学位期间发表的论文和出版著作情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合半导体桥的电爆特性 [J]. 徐兴,张文超,秦志春,邓吉平,王军,徐振相,周彬,彭金华. 含能材料. 2015(01)
[2]Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征 [J]. 李东乐,朱朋,付帅,沈瑞琪,叶迎华,华天丽. 含能材料. 2013(06)
[3]火工品用复合半导体桥技术的研究与发展 [J]. 李勇,周彬,秦志春,沈瑞琪,陈飞,杜培康,贾昕,文雷鸣,张君德. 含能材料. 2013(03)
[4]静电放电对SCB起爆装置作用的数值模拟及实验研究 [J]. 陈飞,周彬,秦志春,沈瑞琪. 南京理工大学学报. 2012(05)
[5]Experimental Study on Plasma Temperature of Semiconductor Bridge [J]. 吴蓉,朱顺官,张琳,李燕,冯红艳. Journal of China Ordnance. 2012(01)
[6]介电式Al/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能 [J]. 朱朋,周翔,沈瑞琪,叶迎华,胡艳. 含能材料. 2011(04)
[7]陶瓷基体表面粗糙度对Ni-Cr薄膜换能元性能的影响 [J]. 王广海,李国新,焦清介. 兵工学报. 2011(05)
[8]Ni-Cr薄膜换能元点火性能研究 [J]. 任小明,解瑞珍,薛艳,刘兰,张晶鑫,王可暄. 火工品. 2011(02)
[9]半导体桥等离子体的光学诊断 [J]. 张琳,冯红艳,朱顺官,张文超. 南京理工大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]半导体桥火工品点火过程中桥体电压-电流特性 [J]. 刘明芳,张小兵. 弹道学报. 2010(04)
博士论文
[1]复合半导体桥电爆特性及桥温变化的研究[D]. 张文超.南京理工大学. 2011
[2]激光驱动金属飞片冲击起爆技术研究[D]. 吴立志.南京理工大学. 2010
[3]纳米Ni-Cr薄膜的制备、表征及其性能研究[D]. 晏建武.中南大学. 2006
[4]半导体桥点火数值模拟与试验研究[D]. 祝逢春.南京理工大学. 2004
硕士论文
[1]Al/CuO-SCB的安全性能研究[D]. 王榴.南京理工大学. 2015
[2]反应性半导体桥含能复合薄膜的制备及其特性研究[D]. 李东乐.南京理工大学. 2014
[3]Al/Ni纳米复合含能材料的制备、表征与性能研究[D]. 金晓云.南京理工大学. 2012
[4]用于冲击片雷管的Al/CuO反应含能桥膜研究[D]. 周翔.南京理工大学. 2012
[5]Al/CuO多层含能桥膜的制备与电爆特性研究[D]. 杨洋.南京理工大学. 2010
[6]半导体桥点火药剂的敏化研究[D]. 徐禄.南京理工大学. 2009
[7]Al/CuO多层可反应性薄膜制备与反应性能研究[D]. 黄道伍.南京理工大学. 2009
[8]铝—氧化铜可反应性膜的制备与性能研究[D]. 董能发.南京理工大学. 2008
[9]电容放电条件下空载H形半导体桥桥区电热模型研究[D]. 汤堡辉.南京理工大学. 2008
[10]药剂等离子体点火实验与敏化技术研究[D]. 万晓霞.南京理工大学. 2008
本文编号：3534233
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