Page 35 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019
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            文章编号：1006⁃9941（2018）12⁃1056⁃05

            不同桥形微结构换能元的仿真设计与实验研究


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            张 彬 ，任 炜 ，褚恩义 ，赵玉龙 ，尹 明 ，李 慧                   1
            （1. 陕西应用物理化学研究所 应用物理化学国家级重点实验室，陕西 西安 710061；2. 西安交通大学 机械制造系统工程国家重
            点实验室，陕西 西安 710054）
            摘   要： 微结构换能元是微机电系统（Micro Electro⁃Mechanical Systems，MEMS）火工品的关键器件，其桥区微结构设计对 MEMS
            火工品的输出性能和能量利用率具有显著影响。为完善 MEMS 火工品微结构换能元设计理论，设计制作了 8 种不同桥形微结构换
            能元，采用仿真研究与红外测试等手段进行微结构换能元桥形结构优选与微结构效应研究，获得了 V⁃50 和 L⁃1 两种优选桥形结构换
            能元，揭示了不同桥形结构对换能元输出性能的影响规律，其中 V⁃50 桥形微结构换能元平均发火电压达到了 100 μF/3.5 V，能量利
            用率为 46.6%。
            关键词：微机电系统（MEMS）火工品；微结构换能元；桥形结构；桥区熔断电流
            中图分类号：TJ45                        文献标志码：A                                    DOI：10.11943/CJEM2018270







                                                                 含能药剂的能量传递与放大。针对微结构换能元的研
            1   引言                                               究也是目前 MEMS 火工品研究的重点，国内外多家研

                                                                 究单位都开展了广泛的研究，重点涉及换能元的基底
                火工品是武器系统中实现起爆、点火和作功的一
                                                                 材料  ［5-6］ 、桥区结构  ［7-10］ 、材料影响 ［11-12］ 以及与序列能
            次性使用元器件，具有功能首发、作用敏感、使用广泛
            等 特 点 。 随 着 微 机 电 系 统（Micro⁃Electro⁃Mechani⁃         量的匹配等。研究指出理想的微结构换能元应该具有
                                                                 较低的发火能量，同时具有较高的能量转换效率                     ［13］ 。
            cal⁃Systems，MEMS）技术的研究与发展，近年来发展
                                                                     目前，关于微结构换能元的研究相对较多，但并未
            的新一代 MEMS 火工品逐渐成为火工品领域的研究
                                                                 形成系列化，例如在桥区结构对换能元性能的影响研
            热 点 ［1］ 。 MEMS 火 工 品 是 指 基 于 MEMS 技 术 或 与
                                                                 究方面，多数研究是针对某一桥形结构换能元的，并未
            MEMS 工艺兼容的火工品技术，其尺寸特点为换能器
            件和药剂结构尺度在微米量级，核心器件尺度在亚毫                              对不同桥形结构换能元性能进行综合对比。基于此，
            米 量 级 ，系 统 尺 度 在 毫 米 量 级 。 该 类 火 工 品 采 用             本研究设计了 8 种不同桥形结构的换能元，开展不同
            MEMS 技术，可将信息控制、安执机构和起爆单元集成                           桥形微结构换能元性能研究，获得较优桥形结构及不
            一体，具备信息化、微小型、多功能等特征，是信息化、                            同微结构对换能元性能的影响规律。
            智能弹药的关键基础技术            ［2-4］ 。
                                                                 2  微结构换能元桥形设计研究
                微结构换能元作为 MEMS 火工品中实现能量转
            换功能的核心器件，一般为采用金属薄膜材料或半导                              2.1  微结构换能元桥形设计
            材料制作的平面电阻，并通过电阻发热等形式实现与
                                                                     目前，微结构换能元桥形设计主要包括方形、倒
                                                                “V”形、蛇形等，考虑到金属薄膜电阻率尺度效应，本
            收稿日期：2018⁃09⁃21；修回日期：2018⁃10⁃10
            网络出版日期：2018⁃11⁃01                                    研究设计了 8 种桥形微结构换能元，如图 1 所示，桥区
            作 者 简 介 ：张 彬（1992-），男 ，助 理 工 程 师 ，主 要 从 事 MEMS 火 工 品  材料采用 NiCr 合金，桥膜厚度确定为 800 nm，基底材
            技术的研究。e⁃mail：15289375652@163.com
                                                                 料采用 Pyrex7740 玻璃。
            通 信 联 系 人 ：任 炜（1982-），男 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 高 新 火 工 品
            技术的研究。e⁃mail：rw0192@163.com                              上 述 设 计 桥 形 以 方 形 桥（150 μm × 150 μm，
            引 用 本 文 ：张 彬 ,任 炜 ,褚 恩 义 ，等 . 不 同 桥 形 微 结 构 换 能 元 的 仿 真 设 计 与 实 验 研 究 [J]. 含 能 材 料 ,2018,26(12):1056-1060.
            ZHANG Bin,REI Wei,CHU En‑yi,et al. Simulation Design and Experimental Study for Microstructure Energy Conversion Components with Different Bridge Shapes
            [J]. Chinese Journal of Energetic Materials（Hanneng Cailiao）,2018,26(12):1056-1060.
            Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.26, No.12, 2018（1056-1060）  含能材料    www.energetic-materials.org.cn
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