Page 51 - 《含能之美》2019封面论文

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低 温 共 烧 陶 瓷 爆 炸 箔 起 爆 芯 片 的 设 计 、制 备 与 发 火 性 能
碎性，为了保证 LTCC‑EFIc以完整的飞片飞出加速膛口， 图 8a 所示。由于陶瓷破片或粒子数量较多，相邻碎片
并撞击下一级目标，采用两种 LTCC‑EFIc，两种芯片的桥 在尺寸、飞行姿态和速度方面均存在差异；且某些较大
箔尺寸均为 400 μm×400 μm×5 μm，加速膛形状均设 的破片在飞行途中会再次裂变成多个更小的碎片；最
计为圆形（Ф=560 μm），而飞片厚度则分别为 25 μm 和 终，大量运动目标的多条速度曲线整体形成了一条具
50 μm。通过分析飞片的 PDV 频谱图，研究陶瓷飞片的
有一定宽度的速度带。而由图 8b 可知，50 μm 厚的陶
厚度对其运动形貌的影响。图 8为 1.8 kV/0.22 μF条件
瓷飞片在飞行过程中一直保持着飞片的完整性，并以
-1
下，两种厚度飞片的实测速度曲线。
大约 1975 m∙s 的速度飞出加速膛口。
分析在不同的发火电压下（1.6~2.2 kV）陶瓷飞片
的 PDV 频谱图，得知 25 μm 厚度的飞片在加速膛内均
发生了飞片破碎的现象，而 50 μm 厚的陶瓷飞片均保
持完整。从而说明了陶瓷飞片越厚，其在飞行过程中
的形貌会保持得越完整。根据目前的结果来看，陶瓷
飞片由于其密度大质量高，飞片的速度难以提升，而减
薄陶瓷飞片又会带来飞片易碎等弊端。后期可以通过
调整飞片的组成成分既保证飞片的完整性又能提高飞
片速度，从而降低起爆能量。
3.3
a. 25 μm thickness flyer velocity vs time curve 点火与起爆验证
分别采用硼/硝酸钾（BPN）点火药以及 HNS 炸药
对 LTCC‑EFIc 进行发火性能验证。其中，BPN 点火药
的 粒 径 为 硝 酸 钾 60 μm，硼 粉 1.50 μm，装 药 密 度 为
-3
50
1.57 g·cm ；HNS 炸药粒度 D =1196.6 nm，装药密
-3
度 为 1.60 g·cm ，纯 度 为 99.46%。 将 LTCC‑EFIc 分
别与 BPN 和 HNS 组成发火序列，结果见表 5。

表 5 LTCC‑EFIc 点火和起爆结果
Table 5 The results of ignition and initiation of LTCC‑EFIc

minimum ignition and initiation voltage / kV
50 μm thick‑
explosive 25μm thickness flyer
b. 50 μm thickness flyer velocity vs time curve ness flyer
circle barrel circle barrel square barrel
图 8 25 μm 和 50 μm 两种厚度飞片的 PDV 频谱图（1.8 kV/
BPN 1.4 2.2 1.5
0.22 μF）
Fig.8 The Photon Doppler Velocimetry spectrograms of the HNS 2.5 - -
ceramic flyer with thickness of 25 μm and 50 μm at 1.8 kV/ Note：’ -‚indicates that the HNS explosive has not been successfully deto‑
nated under the ignition voltage below 2.8 kV.
0.22 μF

实验结果表明，使用 LTCC 工艺制备的爆炸箔起
由图 8a 中可以清楚的看出，25 μm 厚的陶瓷飞片
爆芯片可成功起爆 HNS 并点燃 BPN，从而验证了采用
一开始以完整的飞片被剪切出来，飞片保持完整的飞
Au 桥 箔 和 陶 瓷 飞 片 制 备 爆 炸 箔 芯 片 的 可 行 性 。 从
行距离约为 0.046 mm，随后完整的陶瓷飞片破碎成
表 5 可以看出，在加速膛形状相同的条件下，50 μm 厚
多个小飞片或粒子群（其尺寸远小于光纤探头的光束
的陶瓷飞片的能成功点燃 BPN 的最小电压是 1.4 kV，
直径），且各小飞片或粒子存在一定的尺寸和速度的差
异。单位时间内干涉信号包含多个（其数值等于具有 而 25 μm 厚的陶瓷飞片最小点火电压是 2.2 kV。即
3
速度差异的运动物体数量）频率，使得单个 PDV 探头 随着飞片厚度的增加，冲击点燃 B / KNO 的能量阈值
对其探测光束照射范围内的多个运动目标同时进行速 也 在 降 低 。 分 析 其 原 因 ，飞 片 以 一 定 的 速 度 撞 击
度测量。多个陶瓷碎片或粒子运动的速度时间曲线如 BPN，药柱表面受到冲击波的作用产生药剂颗粒间的

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 6 期 （448-455）