Page 11 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

448 张秋，陈楷，朱朋，徐聪，覃新，杨智，沈瑞琪

文章编号：1006‑9941（2019）06‑0448‑08

低温共烧陶瓷爆炸箔起爆芯片的设计、制备与发火性能

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张 秋 ，陈 楷 ，朱 朋 ，徐 聪 ，覃 新 ，杨 智 ，沈瑞琪 1
（1. 南京理工大学化工学院，江苏 南京 210094；2. 北京宇航系统工程研究所，北京 100076）
摘 要： 采用低温共烧陶瓷（Low Temperature Co‑fired Ceramics，LTCC）工艺实现了爆炸箔起爆芯片的一体化集成制备。采用
丝网印刷的方式制备了厚度为 5 μm 的 Au 桥箔（300 μm×300 μm）；采用 25 μm 和 50 μm 两种厚度的生瓷片作为爆炸箔起爆芯片
的飞片，设计了圆形（Ф=400 μm）和方形（L×W=300 μm×300 μm）的两种加速膛形状的爆炸箔起爆芯片。在 0.22 μF 电容放电条
件下，研究了 Au 桥箔的电爆性能。通过光子多普勒测速技术分析了陶瓷飞片的速度特征及其运动过程中的形貌。结果表明，在发
火电压 1.8 kV 下，Au 桥箔的能量利用率最大；飞片的终态速度随着发火电压的增加而增大；在相同的发火条件下，飞片经方形加速
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膛加速后的出口速度比圆形加速膛高出 106 ~313 m∙s ；另外，陶瓷飞片越厚，飞片在飞行过程中的运动形貌保持得越完整。该工
艺制备的爆炸箔起爆芯片可成功点燃硼/硝酸钾（BPN）点火药，并起爆六硝基芪（HNS）炸药。LTCC 爆炸箔起爆芯片（50 μm 厚陶瓷
飞片，圆形加速膛）的最小点火电压为 1.4 kV，最小起爆电压为 2.5 kV。
关键词：低温共烧陶瓷（LTCC）；爆炸箔起爆芯片；Au 桥箔；陶瓷飞片
中图分类号：TJ45 文献标志码：A DOI：10.11943/CJEM2018338

尺寸的爆炸箔，获得了爆炸箔厚度和桥区尺寸对冲击
1 引 言 片雷管飞片速度的影响，同时研究了小尺寸爆炸箔与
［8］
加速膛匹配的关系。Amish Desai 采用光刻技术依
［1］
爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator，EFI） 是
次将 Cu 箔和飞片形状刻蚀出来，并利用 SU‑8 胶通过
一种典型高安全性和高可靠性的 B 类火工品，主要用
前烘、曝光、显影等工艺制作出加速膛，从而将桥箔、飞
于起爆钝感炸药和点燃固体火箭发动机推进剂。EFI
片和加速膛集成在一起，实现大规模批量制造。曾庆
中的换能元，即爆炸箔，不与始发装药接触，因此具有
轩等 ［9］ 利用光固化的环氧树脂制作成加速膛，将聚酰
良好的耐射频、静电以及电磁环境的能力，应用前景广
亚胺（PI）飞片、爆炸箔和玻璃基底与加速膛集成在一
阔 ［2-6］ 。传统的 EFI 采用分离式组件装配方式，EFI 的体
起，结果表明环氧树脂加速膛能够剪切聚酰亚胺薄膜
积大且集成度底；小尺寸的 EFI 组件对装配精度要求
形成飞片。房旷等 ［10］ 利用化学气相沉积（CVD）制备
较高，制造成本高，难以实现批量化生产。因此，简化 了聚氯代对二甲苯（PC）飞片，并利用光刻法原位集成
制备工艺、降低生产成本，实现 EFI 的小型化、集成化 了 SU‑8 加速膛；对比了常规方法制造的 PI 飞片与 PC
和 批 量 化 制 造 是 近 年 来 爆 炸 箔 起 爆 器 的 重 要 发 展 飞片的加速历程，结果表明两组加速历程基本一致。
趋势。 李可为等 ［11］ 制备了基于非硅 MEMS 技术的爆炸箔起
［7］
付秋菠等 采用磁控溅射和光刻技术加工了不同 爆器，试验了起爆器组件的耐高温性能，结果表明，在
160 ℃下经历 50 h 后，该起爆器组件依然可以正常起
收稿日期：2018‑12‑06；修回日期：2019‑01‑17 ［12-13］
网络出版日期：2019‑04‑09 爆 IV 型 六 硝 基 菧 炸（HNS）药 柱 。 陈 楷 等 采 用
基金项目：江苏省自然科学基金（BK20151486） MEMS 工 艺 ，结 合 CVD 和 磁 控 溅 射 技 术 制 备 了
作 者 简 介 ：张 秋（1993-），女 ，在 读 博 士 ，主 要 从 事 爆 炸 箔 技 术 研 PC / Cu 的复合飞片，通过紫外光刻工艺制备了 SUEX
究。e‑mail：qiuzhang0817@foxmail.com
加速膛，实现了爆炸箔起爆器的集成制备。徐聪等 ［14］
通 信 联 系 人 ：朱 朋（1978-），男 ，博 导 ，副 研 究 员 ，主 要 从 事 先 进 火
工品技术研究。e‑mail：zhupeng@njust.edu.cn 通过磁控溅射、化学沉积和紫外光刻等 MEMS 技术首
引 用 本 文 ：张 秋 ,陈 楷 ,朱 朋 ,等 . 低 温 共 烧 陶 瓷 爆 炸 箔 起 爆 芯 片 的 设 计、制 备 与 发 火 性 能 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(6):448-455.
ZHANG Qiu, CHEN Kai, ZHU Peng,et al. Design, Fabrication and Ignition Performance of LTCC Exploding Foil Initiation Chip[J]. Chinese Journal of Energetic
Materials（Hanneng Cailiao）,2019,27(6):448-455.
Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.6, 2019（448-455） 含能材料 www.energetic-materials.org.cn