CN105466291A - 一种无需外部供电的自驱动点火装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需外部供电的自驱动点火装置及其制备方法。本发明采用相对的两个驻极体电极，一块固定另一块通过限位装置限定在点火装置外壳内，在相对的表面分别具有正电荷和负电荷，形成电场，并且在相对的表面分别设置始发火工药剂和发火尖端；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放所限定的驻极体电极，向另一块驻极体电极靠近，发火尖端与另一块驻极体电极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，点燃或起爆始发火工药剂，实现药剂的输出；本发明利用带异性电荷的驻极体实现不依赖外部能量的换能输出，具有自驱动特性，可显著降低火工品配套器件的体积和功耗。

Description

一种无需外部供电的自驱动点火装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及火工品技术，具体涉及一种无需外部供电的自驱动点火装置及其制备方法。

背景技术

火工品是一类换能装置，用于将机械和电等外部刺激转化为热或其他的能量输出形式。目前火工品产品大多为电火工品，其特点是将外部的电能转化为热能，或形成高温等离子体能量输出形式，使始发药剂燃烧。这类火工品发生作用时需依赖外部能量输入，通常需要配备电容，电池等储能器件，还需要配备控制开关管等辅助器件，因此驱动电路复杂，作用可靠性差。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供了一种无需外部驱动电路和储能器件的自驱动点火装置及其制备方法。

本发明的一个目的在于提出一种无需外部供电的自驱动点火装置。

本发明的无需外部供电的自驱动点火装置，用于碰炸作用的平台，包括：点火装置外壳、驻极体电极、始发火工药剂、发火尖端和限位装置；其中，点火装置外壳采用绝缘材料，驻极体电极、始发火工药剂、发火尖端和限位装置安装在点火装置外壳内；驻极体电极包括驻极体阳极和驻极体阴极，二者分别设置在点火装置外壳内相对的两侧，其中的一块驻极体电极固定，另一块驻极体电极通过限位装置限位在点火装置内；驻极体阳极包括阳极驻极体薄层和阳极导电薄膜，驻极体阴极包括阴极驻极体薄层和阴极导电薄膜；阳极导电薄膜和阴极导电薄膜分别覆盖在阳极驻极体薄层和阴极驻极体薄层上，阳极导电薄膜和阴极导电薄膜相对；阳极驻极体薄层和阴极驻极体薄层相背，二者分别充有正电荷和负电荷；由于电荷感应，阳极导电薄膜和阴极导电薄膜相对的表面分别产生正电荷和负电荷，形成静电场；两个导电薄膜的相对的表面分别设置有始发火工药剂和发火尖端；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放所限定的驻极体电极，被释放的驻极体电极在静电场的作用下向固定的驻极体电极移动，当发火尖端与始发火工药剂靠近时，发火尖端与相对的驻极体电极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，点燃或起爆始发火工药剂，完成换能，实现药剂的输出。

阳极驻极体薄层或阴极驻极体薄层是一层驻极体材料，驻极体是一类可以长期存储电荷的电介质材料，可以是聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、聚乙烯PE、四氟乙烯TFE、六氟丙烯HFP、聚四氟乙烯PTFE、聚对二甲苯parylene、聚酰亚胺Kapton、聚二甲基硅氧烷PDMS和尼龙等有机电介质，也可以是二氧化硅等无机电介质。驻极体阳极和驻极体阴极的形状尺寸，均可根据应用和实际需要进行制备。

限位装置采用脆性材料，与一块驻极体电极固连，当点火装置受到的沿轴线的外力超过过载力阈值时，限位装置破碎，被限定的驻极体电极被释放，实现点火。本发明的自驱动点火装置是设置在碰炸作用的平台上的，碰炸作用的平台包括碰炸引信，当碰炸引信命中目标时，其获得巨大的瞬时惯性力，沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值，限位装置在该力作用下破碎，从而释放所限位的驻极体电极。过载力阈值根据实际需要预先设定，并根据过载力阈值选择限位装置的材料和尺寸。

进一步，本发明还包括推力提供装置，推力提供装置设置在被限位装置限定的驻极体电极与点火装置外壳之间，当限位装置被释放时，推力提供装置推动驻极体电极向驻极体阳极运动，以确保点火成功。

本发明的另一个目的在于提供一种无需外部供电的自驱动点火装置的制备方法。

本发明的无需外部供电的自驱动点火装置的制备方法，包括以下步骤：

1)根据实际需要设定过载力阈值，并根据过载力阈值选择限位装置的材料和尺寸；

2)选取并制备驻极体电极：

根据实际需要确定驻极体薄层的尺寸和形状，在驻极体薄层的一个表面上通过粘结或沉积等工艺制备导电薄膜，形成驻极体电极，制备两块这样的驻极体电极；

3)制备发火尖端：

在制备好的一块驻极体电极的导电薄膜的表面通过挤压或焊接的方式形成发火尖端；

4)驻极体电极充电：

将一块驻极体电极的驻极体薄层充负电荷，形成驻极体阴极，另一块充正电荷，形成驻极体阳极；

5)始发火工药剂和限位装置的制备：

在没有形成发火尖端的驻极体电极的导电薄膜的表面制备始发火工药剂，在一块驻极体电极的驻极体薄层的表面设置限位装置；

6)封装：

将没有设置限位装置的驻极体电极固定在点火装置外壳内的一侧，另一块驻极体电极通过限位装置安装在点火装置外壳内相对的另一侧，两个驻极体电极的导电薄膜相对，完成自驱动点火装置的制备。

其中，在步骤2)中，驻极体薄层采用有机电介质或者无机电介质；有机电介质以薄膜的形式制备在衬底上形成驻极体薄层，或者有机电介质制备成独立的薄膜形成驻极体薄层；无机电介质以薄膜形式制备在衬底上形成驻极体薄层。

在步骤4)中，充电方法采用电晕充电，或者紫外线充电，或者α射线、β射线、γ射线的充电手段；充电时施加的偏置电压绝对值超过300伏。

在步骤5)中，在导电薄膜上制备始发火工药剂，采用药剂涂抹工艺，或者采用原位制备装药工艺。

本发明的优点：

本发明采用相对的两个驻极体电极，一块固定另一块通过限位装置限定在点火装置外壳内，在相对的表面分别具有正电荷和负电荷，形成电场，并且在相对的表面分别设置始发火工药剂和发火尖端；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放所限定的驻极体电极，向另一块驻极体电极靠近，发火尖端与另一块驻极体电极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，点燃或起爆始发火工药剂，实现药剂的输出；本发明利用带异性电荷的驻极体实现不依赖外部能量的换能输出，具有自驱动特性，可显著降低火工品配套器件的体积和功耗。

附图说明

图1为本发明的无需外部供电的自驱动点火装置的实施例一的示意图，其中，(a)为不点火时的状态，(b)为点火时的状态；

图2为本发明的无需外部供电的自驱动点火装置的实施例二的示意图，其中，(a)为不点火时的状态，(b)为点火时的状态。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一

如图1所示，本实施例的无需外部供电的自驱动点火装置包括：点火装置外壳1、阳极驻极体薄层2、阳极导电薄膜3、阴极驻极体薄层7、阴极导电薄膜6、始发火工药剂4、发火尖端5和限位装置8；其中，点火装置外壳1采用绝缘材料；驻极体阳极设置在点火装置外壳内的顶部，驻极体阴极设置在点火装置内的底部，在驻极体阴极与点火装置之间设置限位装置8；阳极驻极体薄层2和阴极驻极体薄层7相背，分别充有正电荷和负电荷，表面分别覆盖阳极导电薄膜3和阴极导电薄膜6；阳极导电薄膜3和阴极导电薄膜6相对，二者相对的表面分别充有正电荷和负电荷，形成静电场；在阳极驻极体薄层的表面设置有始发火工药剂4；在阴极驻极体薄层的表面设置有发火尖端5；当点火装置没有收到外力或者外力小于过载力阈值时，限制驻极体阴极的位置使其不能移动，如(a)所示；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放驻极体阴极，驻极体阴极在静电场的作用下向驻极体阳极移动，当驻极体阴极的发火尖端与驻极体阳极上的始发火工药剂靠近时，驻极体阴极上的发火尖端与驻极体阳极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，如图(b)所示。

实施例二

如图2所示，在本实施例中，在驻极体阴极与点火装置外壳之间设置推力提供装置9，推力提供装置采用弹簧，在驻极体阴极与点火装置外壳之间对称地设置多个弹簧，其他同实施例一。当点火装置没有收到外力或者外力小于过载力阈值时，限制驻极体阴极的位置使其不能移动，如(a)所示；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放驻极体阴极，驻极体阴极在静电场的作用下向驻极体阳极移动，同时推力提供转置9进一步提供外力推动驻极体阴极向驻极体阳极移动，当驻极体阴极的发火尖端与驻极体阳极上的始发火工药剂靠近时，驻极体阴极上的发火尖端与驻极体阳极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，如图(b)所示。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无需外部供电的自驱动点火装置，用于碰炸作用的平台，其特征在于，所述自驱动点火装置包括：点火装置外壳、驻极体电极、始发火工药剂、发火尖端和限位装置；其中，点火装置外壳采用绝缘材料，驻极体电极、始发火工药剂、发火尖端和限位装置安装在点火装置外壳内；驻极体电极包括驻极体阳极和驻极体阴极，二者分别设置在点火装置外壳内相对的两侧，其中的一块驻极体电极固定，另一块驻极体电极通过限位装置限位在点火装置内；驻极体阳极包括阳极驻极体薄层和阳极导电薄膜，驻极体阴极包括阴极驻极体薄层和阴极导电薄膜；所述阳极导电薄膜和阴极导电薄膜分别覆盖在阳极驻极体薄层和阴极驻极体薄层上，阳极导电薄膜和阴极导电薄膜相对；阳极驻极体薄层和阴极驻极体薄层相背，二者分别充有正电荷和负电荷；由于电荷感应，阳极导电薄膜和阴极导电薄膜相对的表面分别产生正电荷和负电荷，形成静电场；两个导电薄膜的相对的表面分别设置有始发火工药剂和发火尖端；当点火装置沿轴向的受力超过限位装置的过载力阈值时，限位装置释放所限定的驻极体电极，被释放的驻极体电极在静电场的作用下向固定的驻极体电极移动，当发火尖端与始发火工药剂靠近时，发火尖端与相对的驻极体电极间发生强烈的电荷转移，形成电火花放电，点燃或起爆始发火工药剂，完成换能，实现药剂的输出。

2.如权利要求1所述的自驱动点火装置，其特征在于，所述阳极驻极体薄层或阴极驻极体薄层是一层驻极体材料，采用有机电介质或者无机电介质。

3.如权利要求2所述的自驱动点火装置，其特征在于，所述驻极体采用聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、聚乙烯PE、四氟乙烯TFE、六氟丙烯HFP、聚四氟乙烯PTFE、聚对二甲苯parylene、聚酰亚胺Kapton、聚二甲基硅氧烷PDMS和尼龙的有机电介质中的这一种；或者，采用二氧化硅的无机电介质。

4.如权利要求1所述的自驱动点火装置，其特征在于，所述限位装置采用脆性材料。

5.如权利要求1所述的自驱动点火装置，其特征在于，还包括推力提供装置，所述推力提供装置设置在被限位装置限定的驻极体电极与点火装置外壳之间。

6.如权利要求5所述的自驱动点火装置，其特征在于，所述推力提供装置采用多个弹簧。

7.一种无需外部供电的自驱动点火装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)根据实际需要设定过载力阈值，并根据过载力阈值选择限位装置的材料和尺寸；

2)选取并制备驻极体电极：

根据实际需要确定驻极体薄层的尺寸和形状，在驻极体薄层的一个表面上通过粘结或沉积等工艺制备导电薄膜，形成驻极体电极，制备两块这样的驻极体电极；

3)制备发火尖端：

在制备好的一块驻极体电极的导电薄膜的表面通过挤压或焊接的方式形成发火尖端；

4)驻极体电极充电：

将一块驻极体电极的驻极体薄层充负电荷，形成驻极体阴极，另一块充正电荷，形成驻极体阳极；

5)始发火工药剂和限位装置的制备：

在没有形成发火尖端的驻极体电极的导电薄膜的表面制备始发火工药剂，在一块驻极体电极的驻极体薄层的表面设置限位装置；

6)封装：

将没有设置限位装置的驻极体电极固定在点火装置外壳内的一侧，另一块驻极体电极通过限位装置安装在点火装置外壳内相对的另一侧，两个驻极体电极的导电薄膜相对，完成自驱动点火装置的制备。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，驻极体薄层采用有机电介质或者无机电介质；有机电介质以薄膜的形式制备在衬底上形成驻极体薄层，或者有机电介质制备成独立的薄膜形成驻极体薄层；无机电介质以薄膜形式制备在衬底上形成驻极体薄层。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，充电方法采用电晕充电，或者紫外线充电，或者α射线、β射线或γ射线的充电手段；充电时施加的偏置电压绝对值超过300伏。

10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，在导电薄膜上制备始发火工药剂，采用药剂涂抹工艺，或者采用原位制备装药工艺。