Page 54 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019
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多 层 Al/Ni 含 能 薄 膜 在 电 容 放 电 激 励 下 的 能 量 释 放 特 性 和 规 律                                             159

            式中，E  output 为换能元电爆的输出能量，J；I（t）和 U（t）为              η 为 薄 膜 密 度 与 材 料 体 密 度 的 比 值 ，取 0.9；Q=
                                                                          -1
            电爆过程中换能元两端的电流、电压随时间变化的函                             1134.6 J·g 为使用差示扫描量热法（DSC）测出的 Al/
            数；t 和 t 为换能元电爆开始和结束时刻，s；S 为换能元                      Ni 含能薄膜化学反应放热量             ［15］ ；对于 NiCr 薄膜换能
                0
            桥区电爆面积，即图 6a 右侧使用红框标示出的电爆区                          元，由于电爆时没有化学反应参与，因此 Q=0，即输出
                                                          -3
                  2
            域，cm ；d 为薄膜厚度，cm；ρ 为材料体密度，g·cm ；                    能量的第二项为零。










                                                     a.  Al/Ni RMFs initiator











                                                      b.  NiCr film initiator
            图 6  Al/Ni 含能薄膜换能元和 NiCr 薄膜换能元在激励条件为 30 V/47 μF 下的电爆过程图像以及电爆后的桥区形貌
            Fig.6  The electrical explosion process images of Al/Ni RFMs and NiCr film initiators under excitation conditions of 30 V/47 μF
            and the morphology of the bridge region after electrical explosion

                根据式（2）计算得到的 Al/Ni 含能薄膜换能元和                      总输出能量的贡献开始降低。
            NiCr 薄膜换能元在不同激励电压下的输出能量对比
            如图 7 所示。由图 7 可见，Al/Ni 含能薄膜释放的化学
            能可以显著提高 Al/Ni 含能薄膜换能元的输出能量。
            需要注意的是，随着激励电压的提高，桥区的发火面积

            增大、化学能输出增加，但是由于 Al/Ni 含能薄膜中的
            化学能储量有限，因此化学能对于总输出能量的贡献
            作 用 也 是 有 限 的 。 当 激 励 电 压 从 20 V 提 高 到 30 V

            时 ，化学能在总输出能量中的占比由 28% 提高到了
            40%，但是当激励电压继续提高到 45 V 时，化学能在
            总输出能量中的占比却由 40% 降低到了 36%。可以                         图 7  Al/Ni 含能薄膜换能元和 NiCr 薄膜换能元在不同激励电
                                                                压下的输出能量对比
            预料，当激励电压继续提高，化学能对于总输出能量的
                                                                Fig.7  Comparison of the output energy for the Al/Ni RMFs
            贡献还将继续降低，当激励电压足够高时，即电容的输
                                                                and NiCr film initiators under different excitation voltages
            入能量远远高于含能薄膜释放的化学能时，化学能对
            于 输 出 能 量 的 贡 献 可 以 忽 略 。 以 上 结 果 表 明 ，相 较
                                                                4   结 论
            NiCr 薄膜换能元，Al/Ni 含能薄膜反应释放的化学能
            可以显著提高换能元的输出能量，但是化学能对于总                                 （1）Al/Ni 含能薄膜中的 Al 和 Ni 薄膜分别由致密
            输出能量的贡献作用是有限的。激励电压为 30 V 时，                         块状和疏松细纤维状晶粒组成。根据 SZM 模型，晶粒
            化学能对于 Al/Ni 含能薄膜换能元的输出能量贡献最                         结构主要与溅射过程中 Al 和 Ni 粒子的表面扩散能力
            高，可以达到 40%，当激励电压继续提高后，化学能对                          有关。Al 和 Ni 薄膜的基底相对温度 T /T 分别为 0.38
                                                                                                  s
                                                                                                     m
            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料                2019 年  第 27 卷  第 2 期 （155-161）
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