Page 66 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

微 芯 片 爆 炸 箔 起 爆 器 及 其 平 面 高 压 开 关 研 究 进 展 167

文章编号：1006⁃9941（2019）02⁃0167⁃10

微芯片爆炸箔起爆器及其平面高压开关研究进展

杨 智，朱 朋，徐 聪，张 秋，覃 新，沈瑞琪

（南京理工大学化工学院，江苏 南京 210094）

摘 要： 爆炸箔起爆系统（Exploding Foil Initiator system，EFIs）的每一次技术升级都伴随着设计理念和制造工艺的革新，尤其是
微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）和低温共烧陶瓷（Low Temperature Co⁃fired Ceramics，LTCC）工艺，极大
地促进了微芯片爆炸箔起爆系统（Micro Chip Exploding Foil Initiator system，McEFIs）的发展。简要分析了两种工艺制备微芯片爆
炸 箔 起 爆 器（Micro Chip Exploding Foil Initiator，McEFI）的 优 缺 点 ，列 举 了 几 种 平 面 高 压 开 关 在 电 容 放 电 单 元（Capacitor
Discharge Unit，CDU）中的工作性能，得出了开关的设计思路和研究方法的可行性。基于 MEMS 工艺和 LTCC 工艺制备及研究
McEFI、平面高压开关和平面高压开关集成 McEFI，分别总结了国内外的研究进展。提出了重点研究方向：深入研究 MEMS 工艺制备
McEFI及其平面高压开关，以达到工程化应用；采用 LTCC 工艺，一体化烧结可制备具有独石结构的平面高压开关和 McEFI。
关键词：微芯片爆炸箔起爆系统（McEFIs）；电容放电单元；微芯片爆炸箔起爆器（McEFI）；平面高压开关；研究进展
中图分类号：TJ45 文献标志码：A DOI：10.11943/CJEM2018146

板、爆炸桥箔、飞片层、加速膛和六硝基芪（HNS）炸药
1 引 言 （当 用 于 点 火 时 ，一 般 采 用 BPN（B/KNO ）点 火 药）。
3
McEFIs 的工作过程如下：升压器将约 28 V 的弹上电压
爆 炸 箔 起 爆 系 统（Exploding Foil Initiator sys⁃
升至几千伏给高压电容充电；高压开关触发后，高压电
tem，EFIs）是一种直列式点火与起爆装置，具有高安
容释放短脉冲大电流使桥箔电爆炸并产生高温高压金
全性、高可靠性和可检测性等特点，适用于武器弹药的
属蒸汽和等离子体；在加速膛的约束下剪切并驱动聚
钝感点火与起爆。近年，由于微机电系统（Micro Elec⁃
合物飞片冲击起爆 HNS 炸药。由高压电容、高压开
tro Mechanical System，MEMS）工艺和低温共烧陶瓷
关、McEFI 及扁平传输电缆组成的电容放电单元（Ca⁃
（Low Temperature Co⁃fired Ceramics，LTCC）工艺逐
pacitor Discharge Unit，CDU）常被等效为 RLC 回路，
渐融入，EFIs 关键元器件的设计理念和制造工艺得到
回路的等效电感和等效电阻对桥箔爆发时间均有显著
不 断 革 新 ，推 动 EFIs 逐 渐 向 微 芯 片 爆 炸 箔 起 爆 系 统
性影响，进而影响桥箔的爆发功率和能量利用率，然而
（Micro Chip Exploding Foil Initiator system，McEFIs）
桥箔需要大于 5MW 的功率才能发生有效电爆炸，因
方向发展。McEFIs 主要包括脉冲功率源（Pulse Pow⁃
此 CDU 对 McEFIs 的发火起着决定性作用，应采取措
er Unit）和微芯片爆炸箔起爆器（Micro Chip Explod⁃ 施 缩 短 扁 平 传 输 电 缆 ，提 高 系 统 集 成 度 ，降 低 发 火
ing Foil Initiator，McEFI）两部分。脉冲功率源主要包 能量 ［1-2］ 。
括升压器、高压电容和高压开关 ；McEFI 主要包括基 近年，适用于 McEFIs 的小体积高压陶瓷电容已逐

渐 实 现 型 谱 化 ［3-5］ ，与 此 同 时 ，国 内 外 研 究 者 基 于
收稿日期：2018⁃06⁃04；修回日期：2018⁃08⁃10
网络出版日期：2018⁃11⁃29 MEMS 和 LTCC 工艺，针对 EFIs 的其它关键元器件也开
基金项目：江苏省自然科学基金资助（BK20151486） 展 了 深 入 研 究 。 基 于 上 述 分 析 ，总 结 了 国 内 外 有 关
作 者 简 介 ：杨 智（1994-），男 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 MEMS 火 工 品 McEFI、平面高压开关和平面高压开关集成 McEFI 的
技术研究。e⁃mail：yangzhi@njust.edu.cn
研究进展，以期为同行研制 McEFI 及其平面高压开关
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 提供参考。
引 用 本 文 ：杨 智 ,朱 朋 ,徐 聪 ，等 . 微 芯 片 爆 炸 箔 起 爆 器 及 其 平 面 高 压 开 关 研 究 进 展 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(2):167-176.
YANG Zhi,ZHU Peng,XU Cong,et al. Review on Micro Chip Exploding Foil Initiator and Its Planar High‑voltage Switch[J]. Chinese Journal of Energetic Materials
（Hanneng Cailiao）,2019,27(2):167-176.
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 2 期 （167-176）