CN105566020B - 一种无需外部供电的自驱动电雷管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需外部供电的自驱动电雷管及其制备方法。本发明自驱动电雷管包括：安装在雷管壳体内部的电极塞、阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极电极、阳极驻极体层、电极凸起、初级雷管装药和雷管主装药；本发明基于带异性电荷的驻极体层实现不依赖外部输入能量的电雷管击发，当电雷管需要爆炸时，外部控制电路通过雷管脚线向阳极电极施加正电压，在电场力的作用下，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成雷管输出；本发明具有自驱动特性，可显著降低电雷管配套器件的体积和功耗。

Description

一种无需外部供电的自驱动电雷管及其制备方法

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电雷管及其制备方法。

背景技术

电雷管通常由电火工品作为始发火工品，其特点是将外部的电能转化为热能，或形成高温等离子等能量输出形式，使包覆在电火工品上的始发药剂燃烧。传统电雷管中使用的电火工品有桥丝、半导体桥、金属膜桥、含能复合桥等。这类电火工品作用依赖外部能量输入，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供电的自驱动电雷管及其制备方法。

本发明的一个目的在于提出一种无需外部供电的自驱动电雷管。

本发明的无需外部供电的自驱动电雷管包括：安装在雷管壳体内部的电极塞、阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极电极、阳极驻极体层、电极凸起、初级雷管装药和雷管主装药；其中，雷管壳体为桶状，在雷管壳体内的底端放置雷管主装药和初级雷管装药，在雷管壳体的顶端设置电极塞，将雷管壳体密封；在初级雷管装药与电极塞之间设置表面平行于雷管壳体轴线并依次紧密贴合的阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极驻极体层和阳极电极；阴极驻极体层、阻挡电极和阳极驻极体层的长度一致，阴极电极和阳极电极的长度大于阴极驻极体层和阳极驻极体层，与阴极电极和阳极电极的一端对齐，固定在电极塞上，另一端伸出形成悬臂梁，伸出端为悬臂梁的自由端，与初级雷管装药之间有间隙；悬臂梁的自由端相对的位置分别设置电极凸起，两个电极凸起之间具有间隙；阴极驻极体层的表面充有负电荷，阳极驻极体层的表面充有正电荷，由于电荷感应，阴极电极和阳极电极相背的表面分别产生负电荷和正电荷，形成静电场；阴极电极和阳极电极分别通过雷管脚线从电极塞引出连接至外部控制电路；当需要引爆电雷管时，外部控制电路通过雷管脚线向阳极电极施加正电压脉冲，在电场力的作用下，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成电雷管输出。

阴极驻极体层和阳极驻极体层采用驻极体材料，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。阴极驻极体层和阳极驻极体层均可根据应用和实际需要进行制备。

阴极电极、阳极电极和阻挡电极均采用导电材料。阻挡电极的厚度H与阳极驻极体层与阴极驻极体层之间的电势差V、驻极体层的长度L以及电极凸起间的间隙g有关；阻挡电极的厚度H满足：当阳极驻极体层与阴极驻极体层之间的电势差为V且长度为L时，电极凸起间的间隙g超过空气的帕邢曲线中击穿电压为V时的击穿距离。

阴极电极和阳极电极形成的悬臂梁的自由端距离初级雷管装药之间的距离在1μm～2mm之间，从而不影响设置在悬臂梁的自由端的电极凸起的可动性。

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电雷管的制备方法。

本发明的无需外部供电的自驱动电雷管的制备方法，包括以下步骤：

1)制备驻极体层：

根据实际需要确定驻极体的材料、尺寸和形状，制备形成两片薄膜状的驻极体层；

2)制备电极：

将步骤1)制备的两片薄膜状的驻极体层的一个表面分别通过粘接或沉积工艺形成电极，电极的长度大于驻极体层的长度，一端对齐，另一端伸出形成悬臂梁，然后分别在悬臂梁的自由端通过挤压或焊接的方式形成电极凸起，制备得到两块电极；

3)驻极体层充电：

将一块驻极体层的表面充负电荷，形成阴极驻极体层，与其贴合的电极形成阴极电极，另一块充正电荷，形成阳极驻极体层，与其贴合的电极形成阳极电极；

4)电雷管封装：

在雷管壳体内的底端放置雷管主装药和初级雷管装药，将阴极电极与一根雷管脚线焊接，将阳极电极与另一根雷管脚线焊接，然后将阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极驻极体层和阳极电极依次紧密贴合，叠合成多层结构，一端对齐，另一端为悬臂梁的自由端，两个电极凸起的尖端正对，将叠合后的多层结构对齐的一端安装在电极塞上，电极塞设置在雷管壳体的顶端，将雷管壳体密封，两根雷管脚线分别从电极塞引出连接至外部控制电路。

其中，在步骤1)中，驻极体的材料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层，或者有机电介质制备成独立的薄膜形成驻极体层；无机电介质以薄膜形式制备在衬底上形成驻极体层。

在步骤2)中，如果驻极体层的下表面具有衬底，那么在驻极体层的上表面粘接或沉积电极，形成衬底-驻极体层-电极的三明治结构。粘接工艺是指用粘性材料把电极和驻极体层粘在一起。

在步骤3)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4)中，阴极电极和阳极电极形成的悬臂梁的自由端距离初级雷管装药之间的距离在1μm～2mm之间。

外部控制电路提供一个电压脉冲信号，增加两电极间的电场力，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成电雷管输出。

本发明的优点：

本发明基于带异性电荷的驻极体层实现不依赖外部输入能量的电雷管击发，当电雷管需要爆炸时，外部控制电路通过雷管脚线向阳极电极施加正电压，在电场力的作用下，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成电雷管输出；本发明具有自驱动特性，可显著降低电雷管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电雷管的一个实施例的示意图。

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。

如图1所示，本实施例的自驱动电雷管包括：安装在雷管壳体1内部的电极塞2、阴极电极41、阴极驻极体层51、阻挡电极6、阳极驻极体层52、阳极电极42、电极凸起7、初级雷管装药8和雷管主装药9；其中，雷管壳体1为桶状，在雷管壳体1的底端放置雷管主装药9和初级雷管装药8，在雷管壳体的顶端设置电极塞2，将雷管壳体密封；在初级雷管装药8与电极塞2之间设置表面平行于雷管壳体轴线并依次紧密贴合的阴极电极41、阴极驻极体层51、阻挡电极6、阳极驻极体层52和阳极电极42；阴极驻极体层51、阻挡电极6和阳极驻极体层52的长度一致，阴极电极41和阳极电极42的长度大于阴极驻极体层51和阳极驻极体层52，与阴极电极和阳极电极的一端对齐，固定在电极塞2上，另一端伸出形成悬臂梁，伸出端为悬臂梁的自由端，与初级雷管装药8之间有间隙；悬臂梁的自由端相对的位置分别设置电极凸起7，两个电极凸起7之间具有间隙；阴极驻极体层51的表面充有负电荷，阳极驻极体层52的表面充有正电荷，由于电荷感应，阴极电极41和阳极电极42相背的表面分别产生负电荷和正电荷，形成静电场；阴极电极和阳极电极分别通过雷管脚线3从电极塞2引出连接至外部控制电路。

当需要引爆电雷管时，外部控制电路通过雷管脚线向阳极电极施加正电压，在电场力的作用下，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成电雷管输出。

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电雷管，其特征在于，所述自驱动电雷管包括：安装在雷管壳体内部的电极塞、阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极电极、阳极驻极体层、电极凸起、初级雷管装药和雷管主装药；其中，所述雷管壳体为桶状，在雷管壳体内的底端放置雷管主装药和初级雷管装药，在雷管壳体的顶端设置电极塞，将雷管壳体密封；在初级雷管装药与电极塞之间设置表面平行于雷管壳体轴线并依次紧密贴合的阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极驻极体层和阳极电极；所述阴极驻极体层、阻挡电极和阳极驻极体层的长度一致，阴极电极和阳极电极的长度大于阴极驻极体层和阳极驻极体层，与阴极电极和阳极电极的一端对齐，固定在电极塞上，另一端伸出形成悬臂梁，伸出端为悬臂梁的自由端，与初级雷管装药之间有间隙；所述悬臂梁的自由端相对的位置分别设置电极凸起，两个电极凸起之间具有间隙；所述阴极驻极体层的表面充有负电荷，阳极驻极体层的表面充有正电荷，由于电荷感应，阴极电极和阳极电极相背的表面分别产生负电荷和正电荷，形成静电场；所述阴极电极和阳极电极分别通过雷管脚线从电极塞引出连接至外部控制电路；当需要引爆电雷管时，外部控制电路通过雷管脚线向阳极电极施加正电压脉冲，在电场力的作用下，阴极电极与阳极电极形成的悬臂梁的自由端相互吸引使距离靠近，两个电极凸起之间发生剧烈的电荷转移，引燃初级雷管装药和雷管主装药，完成电雷管输出。

2.如权利要求1所述的自驱动电雷管，其特征在于，所述阴极驻极体层和阳极驻极体层是一层驻极体材料，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所述的自驱动电雷管，其特征在于，所述驻极体材料采用聚苯乙烯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或尼龙的有机电介质中的任一种；或者，采用二氧化硅的无机电介质。

4.如权利要求1所述的自驱动电雷管，其特征在于，所述阴极电极、阳极电极和阻挡电极均采用导电材料。

5.如权利要求1所述的自驱动电雷管，其特征在于，所述阻挡电极的厚度H满足：当阳极驻极体层与阴极驻极体层之间的电势差为V且长度为L时，电极凸起间的间隙g超过空气的帕邢曲线中击穿电压为V时的击穿距离。

6.如权利要求5所述的自驱动电雷管，其特征在于，所述阴极电极和阳极电极形成的悬臂梁的自由端距离初级雷管装药之间的距离在1μm~2mm之间。

7.一种无需外部供电的自驱动电雷管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1) 制备驻极体层：

根据实际需要确定驻极体的材料、尺寸和形状，制备形成两片薄膜状的驻极体层；

2) 制备电极：

将步骤1）制备的两片薄膜状的驻极体层的一个表面分别通过粘接或沉积工艺形成电极，电极的长度大于驻极体层的长度，一端对齐，另一端伸出形成悬臂梁，然后分别在悬臂梁的自由端通过挤压或焊接的方式形成电极凸起，制备得到两块电极；

3) 驻极体层充电：

将一块驻极体层的表面充负电荷，形成阴极驻极体层，与其贴合的电极形成阴极电极，另一块充正电荷，形成阳极驻极体层，与其贴合的电极形成阳极电极；

4) 电雷管封装：

在雷管壳体内的底端放置雷管主装药和初级雷管装药，将阴极电极与一根雷管脚线焊接，将阳极电极与另一根雷管脚线焊接，然后将阴极电极、阴极驻极体层、阻挡电极、阳极驻极体层和阳极电极依次紧密贴合，叠合成多层结构，一端对齐，另一端为悬臂梁的自由端，两个电极凸起的尖端正对，将叠合后的多层结构对齐的一端安装在电极塞上，电极塞设置在雷管壳体的顶端，将雷管壳体密封，两根雷管脚线分别从电极塞引出连接至外部控制电路。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，驻极体的材料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层，或者有机电介质制备成独立的薄膜形成驻极体层；无机电介质以薄膜形式制备在衬底上形成驻极体层。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）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4）中，阴极电极和阳极电极形成的悬臂梁的自由端距离初级雷管装药之间的距离在1μm~2mm之间。