CN108386868A - 一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，包括蓝宝石基底，在蓝宝石基底与点火药接触端面上设置有透光阻热层。本发明还提供了一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法。本发明提出的调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，解决了激光点火用光学窗口在发火阈值与耐压能力之间的矛盾，本发明采用蓝宝石作为窗口基底，蓝宝石具有较高的强度，可防止激光点火过程中发生尾喷失效，同时在蓝宝石基底上制备的透光阻热层热导率小，可防止点火热量大量耗散，相对于采用蓝宝石窗口可降低发火阈值，利于实现工程应用。

Description

一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种激光点火领域，具体涉及一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置及方法。

背景技术

激光点火技术对以光能作为发火刺激，对电磁环境干扰具备本质免疫作用，可克服传统电点火技术在各种电磁环境干扰下存在的意外发火安全风险。激光点火技术在国外已经应用于航空航天、导弹等领域。

激光点火技术动作装置(激光点火器)常采用高透光学窗口将外界环境与激光点火器内部装药环境隔开以确保密封性能。激光点火器常用的光学窗口包括自聚焦透镜、K9玻璃。但是自聚焦透镜的长度较长(约为10mm)且对长度尺寸的精度要求很高以保证输出端面的光斑直径的一致性进而确保发火可靠性，不利于保证质量稳定性；若使用不具有聚焦作用的K9玻璃作为窗口，为了保证合适的发火阈值，其厚度不能过大(一般不超过2mm)，使得在点火压力可能超过K9玻璃的耐压极限，造成尾喷失效。

因此，基于现常用窗口存在的问题，有研究开始采用高强度的蓝宝石作为光学窗口。由于激光点火是热机理过程，但是蓝宝石的热导率较高(是K9玻璃热导率的10倍)，点火过程中较多热量通过蓝宝石耗散，点火过程不能在较小激光能量作用下形成自持反应，使得激光点火阈值相对于自聚焦透镜窗口和K9玻璃窗口大幅提高，不利于可靠发火以及发火单元小型化。

发明内容

本发明针对激光点火器现用蓝宝石光学窗口存在的热导率过大，进而使得发火阈值较高的问题，提出一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置及方法，可降低蓝宝石窗口热导率，解决采用蓝宝石作为光窗激光点火器存在的发火阈值过高的问题。

本发明是这样实现的：

一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，包括蓝宝石基底，在蓝宝石基底与点火药接触端面上设置有透光阻热层。

进一步的，所述的透光阻热层在20℃时的热导率小于1.675W/mK。

进一步的，所述的透光阻热层对点火激光的透过率不低于90％。

进一步的，所述的透光阻热层材料为聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)或K9玻璃。

进一步的，所述的K9玻璃中，成分的质量比为SiO₂：B₂O₃：BaO：Na₂O：K₂O：As₂O₃＝69.13:10.75:3.07:10.4:6.29:0.36。

本发明还提供了一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法，具体包括：

当透光阻热层材料为K9玻璃时，在蓝宝石基底上，通过采用磁控溅射等方法直接制备透光阻热层，透光阻热层的厚度不超过100μm，制备完成后，进行去应力处理。

进一步的，去应力处理具体步骤如下：

将透光阻热层制备完成后的光学窗口，在70～90℃环境下时效2小时，即可完成去应力处理。

当透光阻热层材料为聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)时，单独将聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)制备成厚度不超过500μm的透光阻热层，透光阻热层装配在蓝宝石基底前端。

本发明提出的调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，解决了激光点火用光学窗口在发火阈值与耐压能力之间的矛盾，本发明采用蓝宝石作为窗口基底，蓝宝石具有较高的强度，可防止激光点火过程中发生尾喷失效，同时在蓝宝石基底上制备的透光阻热层热导率小，可防止点火热量大量耗散，相对于采用蓝宝石窗口可降低发火阈值，利于实现工程应用。

附图说明

图1是低热导率蓝宝石窗口示意图；

图2是激光点火的低热导率蓝宝石窗口与点火药作用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如附图1、2所示，一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，包括蓝宝石基底1，在蓝宝石基底与点火药3接触端面上设置有透光阻热层2。

所述的透光阻热层2在20℃时的热导率小于1.675W/mK。透光阻热层2对点火激光的透过率不低于90％。

所述的透光阻热层2材料为聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)或K9玻璃。

进一步的，所述的K9玻璃中，成分的质量比为SiO₂：B₂O₃：BaO：Na₂O：K₂O：As₂O₃＝69.13:10.75:3.07:10.4:6.29:0.36。

调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，是在蓝宝石基底1制备一层透光阻热层2以前少点火过程的热量损失。基于本发明获得低热导率蓝宝石光学窗口，可降低激光点火器的发火阈值。在激光点火作用初始阶段，点火药在激光的热机理作用下，形成局部热点。由于所述的透光阻热层的热导率较低，局部热点的较少热量通过光学窗口耗散，在相对较小激光能量作用下形成的局部热点热量在激光作用结束后仍可持续引发非激光作用区域点火药燃烧，而使得点火药形成自持反应，形成点火。

下面以具体的实施例对本发明的调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法进行具体的说明。

实施例2

调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法，具体包括：

当透光阻热层材料为K9玻璃时，在蓝宝石基底上，通过采用磁控溅射等方法直接制备透光阻热层，透光阻热层的厚度不超过100μm，制备完成后，进行去应力处理。

进一步的，去应力处理具体步骤如下：

将透光阻热层制备完成后的光学窗口，在70～90℃环境下时效2小时，即可完成去应力处理。

实施例3

调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法，具体包括：

当透光阻热层材料为聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)时，单独将聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)制备成厚度不超过500μm的透光阻热层，透光阻热层装配在蓝宝石基底前端。完成透光阻热层制备后，采用无水乙醇、擦镜纸等对获得的高热效率蓝宝石光学窗口端面进行清洗，完成激光点火器装配后即可进行发火试验。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，其特征在于：包括蓝宝石基底，在蓝宝石基底与点火药接触端面上设置有透光阻热层。

2.根据权利要求1所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，其特征在于：

所述的透光阻热层在20℃时的热导率小于1.675W/mK。

3.根据权利要求1或2所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，其特征在于：

所述的透光阻热层对点火激光的透过率不低于90％。

4.根据权利要求1或2所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，其特征在于：

所述的透光阻热层材料为聚甲基丙烯酸甲醋或K9玻璃。

5.根据权利要求4所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，其特征在于：

所述的K9玻璃中，成分的质量比为SiO₂：B₂O₃：BaO：Na₂O：K₂O：As₂O₃＝69.13:10.75:3.07:10.4:6.29:0.36。

6.一种调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法，其特征在于：采用了权利要求1至5任一权利要求所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的装置，并具体包括：

当透光阻热层材料为K9玻璃时，在蓝宝石基底上，通过采用磁控溅射的方法直接制备透光阻热层，透光阻热层的厚度不超过100μm，制备完成后，进行去应力处理；

当透光阻热层材料为聚甲基丙烯酸甲醋时，单独将聚甲基丙烯酸甲醋制备成厚度不超过500μm的透光阻热层，透光阻热层装配在蓝宝石基底前端。

7.根据权利要求6所述调控激光点火用蓝宝石光学窗口热导率的方法，其特征在于：

所述的去应力处理具体步骤如下：

将透光阻热层制备完成后的光学窗口，在70～90℃环境下时效2小时，即可完成去应力处理。