Page 2 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

456 杨爽，孙秀娟，王万军，付秋菠

文章编号：1006⁃9941（2019）06⁃0456⁃09

Ni/Cu 复合多层膜电爆炸等离子体发射光谱特性及飞片推动性能

杨 爽，孙秀娟，王万军，付秋菠

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621999）

摘 要： 为探索复合多层膜爆炸箔电爆炸的作用机理，开展了 Ni/Cu 复合多层膜爆炸箔性能研究。采用电化学沉积方法制备了相
同厚度的 Ni/Cu 复合多层膜（调制周期分别为 200 nm/300 nm 和 300 nm/400 nm）及纯 Cu、Ni 金属膜，通过等离子体发射光谱特性
测试分析，计算获得了不同放电电流条件下不同结构的 Ni/Cu 复合多层膜、纯 Cu、Ni 金属膜电爆炸等离子体电子温度。通过匹配加
速膛、飞片进行了爆炸箔推动飞片的 PDV 速度测试和分析，获得了不同放电电流条件下 Ni/Cu 复合多层膜、纯 Cu、Ni金属膜爆炸箔推
动飞片性能。研究结果表明：在电流为 2.5 kA 时，（Ni 200 Cu 300 ） 8 和（Ni 300 Cu 400 ） 5 Ni 300 电爆炸等离子体发射光谱强度以及等离子体电子
温度均高于纯 Cu 和纯 Ni，说明 Ni/Cu 复合材料在相同条件下电爆炸储能密度更高；在电流为 2.5 kA 时，Ni/Cu 复合材料中的 Ni 开始
对等离子体推动飞片起促进作用，（Ni 200 Cu 300 ） 8 和（Ni 300 Cu 400 ） 5 Ni 300 爆炸箔推动飞片的加速时间更长，最终速度均高于纯 Cu 爆炸箔。
关键词：Ni/Cu 复合多层膜；电爆炸等离子体；发射光谱；飞片
中图分类号：TJ45 文献标志码：A DOI：10.11943/CJEM2018346

炸的阈值电压比纯 Cu 箔低，电爆炸温度比纯 Cu 箔高。
1 引言 王窈等 ［8-9］ 进一步研究了 Al/Ni 复合爆炸箔的电和能
量输出特性，结果表明 Al/Ni 复合爆炸箔比纯 Cu 箔和
爆炸箔起爆器（EFIs）是一种具有高安全性和可靠
纯 Ni 箔的爆发电压高，爆发时间短，吸收能量高，驱动
性的火工品，由爆炸箔、飞片、加速膛和炸药组成。在
飞片速度也更高。以上试验结果均表明 Al/Ni 含能复
爆炸箔起爆器作用过程中，爆炸箔起着能量转换的关
合薄膜有利于优化现有 EFI 系统。但是，上述研究没
键作用，是影响冲击片雷管起爆性能的关键元件，其中
有 Al/Ni 复合材料与纯 Al 的电爆炸性能对比分析，实
国内外的爆炸箔材料大多以纯铜为主 ［1-3］ 。随着工程 验数据无法分析获得 Al/Ni 电爆炸性能优于 Cu 箔的
应用小型化和低能化的发展，亟需找到一种可以降低 准确原因，即复合爆炸箔的作用机理尚不明确。
冲击片雷管起爆能量的爆炸箔新材料。国内外学者尝 已知 Cu 和 Ni 具有相同的面心立方体晶体结构，
试将含能复合膜应用于爆炸箔材料，以期提高爆炸箔 原子大小也基本相同（Cu 124 μm，Ni 120 μm） ，
［10-12］
等 离 子 体 的 输 出 能 力 ，主 流 纳 米 含 能 复 合 薄 膜 为 Ni/Cu 复合材料不存在合金化反应，因此为了探索复
Al/Ni ［4-9］ 。Morris C J 等 对比了相同厚度的 Al/Ni 复 合爆炸箔的作用机理，本研究采用 Ni/Cu 复合材料作
［4］
合薄膜和 Cu 爆炸箔驱动飞片的能力，指出多层膜驱动 为爆炸箔，与纯 Cu 和纯 Ni 箔进行对比，研究了电爆炸
［7］
飞片的动能高于 Cu 箔。蒋洪川等 研究在 Cu 桥箔上 等离子体发射光谱特性及飞片推动性能。采用等离子
集成 Al/Ni 复合薄膜，发现 Cu/Al/Ni 复合爆炸箔电爆 体发射光谱 ［13-14］ 及飞片速度 PDV 测试手段，对比了不
同结构的 Ni/Cu 复合多层膜和纯 Cu、Ni 金属膜的等离
收稿日期：2018⁃12⁃05；修回日期：2019⁃03⁃13 子体发射光谱谱线强度以及推动飞片速度曲线特征。
网络出版日期：2019⁃05⁃09
基金项目：国家自然科学基金资助（11872342） 2 实验部分
作 者 简 介 ：杨 爽（1987-），女 ，硕 士 ，主 要 从 事 EFIs 集 成 设 计 开 发 研
究。e⁃mail：baicaishuangr@163.com 2.1
通 信 联 系 人 ：付 秋 菠（1977-），女 ，博 士 ，主 要 从 事 EFIs 集 成 设 计 开 样品制备及表征
发研究。e⁃mail：fuqiubo@caep.cn 采用电化学沉积工艺进行金属薄膜的制备。首先
引 用 本 文 ：杨 爽 ,孙 秀 娟 ,王 万 军 ,等 . Ni/Cu 复 合 多 层 膜 电 爆 炸 等 离 子 体 发 射 光 谱 特 性 及 飞 片 推 动 性 能 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(6):456-464.
YANG Shuang, SUN Xiu‑juan, WANG Wan‑jun,et al. Plasma Spectrograph and Driving Flyer Properties of Electrically Exploded Ni/Cu Multilayers[J]. Chinese
Journal of Energetic Materials（Hanneng Cailiao）,2019,27(6):456-464.
Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.6, 2019（456-464） 含能材料 www.energetic-materials.org.cn