铜爆炸箔制备工艺对微结构及电爆一致性的影响研究

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爆炸箔是冲击片雷管的核心部件之一,起着能量转换的作用,其性能在很大程度上影响冲击片雷管起爆系统的安全性、可靠性和雷管的瞬发度。随着科学技术不断发展,爆炸箔的基础研究也有了长足的进步,但基础研究成果在实际应用阶段时,仍然可能出现爆炸箔由于在原材料、加工工艺等环节相关参数的不一致性,对生产的产品质量和可靠性带来影响,使起爆系统存在失败隐患。在此背景下,本文主要开展了制备工艺对爆炸箔性能可靠性影响的研究,主要包括加工工艺参数稳定性和原材料一致性两方面的内容。研究主要采用磁控溅射技术与微纳加工技术(光刻),也是研究、制备爆炸箔部件的主要技术之一。因此本文以常用的金属铜爆炸箔为研究对象,对爆炸箔在制备过程中涉及到原材料和制备工艺参数进行针对性调控,模拟实际生产环节可能出现的情形,研究不同调控状态时其对爆炸箔物相结构、微观形貌、电阻率和电爆性能一致性的影响。主要研究内容及成果如下:首先研究了磁控溅射镀膜时沉积温度、溅射功率和溅射气压等技术参数对铜爆炸箔物相结构、表面粗糙度、电阻率等物理参数和电爆一致性的影响。研究表明:随着沉积温度的升高,薄膜内应力和位错密度大幅降低,晶粒尺寸逐渐增大,薄膜表面粗糙度逐渐增大,电阻率降低,在150℃基底加热条件下制备的桥箔在峰值功率、能量利用率、沉积能量等电爆参数方面均有优于其他条件制备桥箔的趋势。当溅射功率发生变化时,薄膜晶粒尺寸存在梯度变化,电阻率的影响较为明显,在不同起爆电压下,沉积能量和能量利用率有随着溅射功率的有升高的趋势,变化幅度最高可达48%以上。当溅射气压变化时,薄膜晶粒尺寸存在梯度变化,对薄膜表面形貌及粗糙度有较大影响,随气压的升高,电阻率上升明显。较低溅射气压制备的桥箔,其沉积能量和能量利用率都在较高水平,且一致性较高,随气压的增大,性能有较大幅度的降低,降低程度可达20%以上。采用不同纯度靶材,模拟研究了靶材批次性差异对爆炸箔电爆炸性能一致性的影响。结果表明:在低压起爆时,如1.3 k V,铜靶材纯度的变化,未明显改变电爆性能参数;随着纯度的减小,99.999%减小至99.9%,在2.1 k V时,爆发时刻延迟了12.45%,峰值电压降低了12.22%,峰值功率降低了12.29%。
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