CN118149654A - 一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片。包括从下到上依次设置的基板，金属层，加速膛，和加速膛内的赋能电极；金属层由中部的桥区和桥区两侧的过渡区、焊盘组成，加速膛中部设有加速膛孔，加速膛上设有嵌设赋能电极的凹槽，赋能电极包括焊盘和放电区域，两个相对的赋能电极的放电区域和加速膛侧壁形成为带有放电区域的加速膛孔；赋能电极的焊盘与金属层的焊盘连接、从而使得赋能电极和电爆炸回路并联连接，构成等离子体赋能回路。本方法实现了对金属电爆炸等离子体的赋能，提高了电爆炸等离子体的能量特性，包括等离子体的强度和高温持续时间等。
Description
技术领域
本发明属于爆炸箔点火与起爆领域，具体涉及一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片。
背景技术
电炮的原理是利用金属桥箔的电爆炸产生的等离子体来剪切并驱动飞片，其中最有代表性的就是爆炸箔起爆技术。其工作原理是金属桥箔在脉冲大电流作用下因焦耳热发生电爆炸，电爆炸产生的高温高压等离子体剪切并驱动飞片，飞片沿加速膛运动并以一定速度撞击炸药，从而使之起爆。但是对于一些对长脉冲形式能量响应更敏感的含能材料来讲，传统的以飞片冲击为输出能量的爆炸箔起爆器不易使其发火。而且当电容初始能量较高时，电容内储存的能量并不能彻底释放，发生电爆炸后电容仍会剩余部分能量，这都导致了电爆炸装置输出性能的受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电爆炸等离子体增强的的爆炸箔芯片。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，包括从下到上依次设置的基板，金属层，加速膛，和加速膛内的赋能电极；
金属层由中部的桥区和桥区两侧的过渡区、焊盘组成，加速膛中部设有加速膛孔，加速膛上设有嵌设赋能电极的凹槽，赋能电极包括焊盘和放电区域，两个相对的赋能电极的放电区域和加速膛侧壁形成为带有放电区域的加速膛孔；赋能电极的焊盘与金属层的焊盘连接、从而使得赋能电极和电爆炸回路并联连接，构成等离子体赋能回路；
当电爆炸回路的高压电容放电，回路产生脉冲大电流时，金属层的桥区发生电爆炸，电爆炸产生的高温高压等离子体沿着加速膛向上运动，同时等离子体的存在给加速膛内创造了易电离环境，在电容剩余电压的驱动下，形成放电通道，电容剩余能量通过赋能电极对等离子体进行放电，实现电爆炸等离子体的赋能。
进一步的，加速膛内设有赋能电极，赋能电极与独立于电爆炸回路的电容放电回路连接，赋能电极能量与电爆炸能量来自不同电容。
进一步的，赋能电极的材料为Cu、Au或Ag，赋能电极的放电区域形状为平行板形、片层状或弧形，赋能电极的厚度为几十μm到几百μm，赋能电极位置可以在上部，嵌入作为“底座”的加速膛。
进一步的，所述加速膛的材质为陶瓷材料或有机材料，加速膛孔为方形孔或圆孔。
进一步的，赋能电极的放电区域与金属层之间的加速膛厚度不小于50μm。
进一步的，金属层的材料为Cu、Au、Ag或Al。
进一步的，所述基板作为反射背板，约束电爆炸产生的等离子体向上方运动，基板的材料为有机材料或陶瓷材料，基板的厚度根据设计的爆炸箔芯片的具体参数进行调整。
进一步的，利用PCB工艺、PCB-MEMS工艺或LTCC工艺制备
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明通过在加速膛设置赋能电极，在依靠金属电爆炸产生的等离子体创造的易电离环境，电容剩余能量通过赋能电极对等离子体进行放电，实现电爆炸等离子体的赋能；本方法通过对电爆炸加速装置的结构进行改进，实现了对金属电爆炸等离子体的赋能，提高了电爆炸等离子体的能量特性，包括等离子体的强度和高温持续时间等。
(2)本发明中赋能电极通过并联方式与电爆炸回路连接(即赋能电极的焊盘与金属层焊盘焊接)。与发明创造专利(CN112923800A)的多层电极多个放电回路相比，本发明电爆炸和等离子体赋能的能量均来自于同一个电容，应用起来更简单方便，解决了电容能量较高时电爆炸后能量仍有剩余的问题，提高了电容能量的利用率；同时与上述专利相比，本专利无飞片层，点火时爆炸箔产生的等离子体射流与含能材料直接接触，进行冲击和传热，尤其对于对长脉冲较为敏感的含能材料来说，本专利可大幅降低其发火能量，利于实现低能发火。
附图说明
图1是本发明基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片的爆炸视图。
图2是本发明基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片的俯视图。
图3是本发明基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片的加速膛内嵌赋能电极示意图.
图4是本发明基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片的金属层与基板结合示意图。
附图标记说明：
1-基板，2-金属层，2-1-桥区，2-2-过渡区，2-3-焊盘，3-加速膛，3-1-加速膛孔，4-赋能电极，4-1-焊盘，4-2-放电区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
传统电爆炸装置仅仅依靠电爆炸产生的高温高压等离子体驱动飞片，再由高速飞片冲击含能材料使其发火。本发明通过对电爆炸加载装置结构的改进，简化了装置，解决了电容能量不能完全释放的问题，提高了电容能量的利用率，增强了等离子体能量特性，同时去除了飞片，仅依靠等离子体的冲击与传热作用对含能材料进行点火与起爆，结果证明其可有效降低对长脉冲形式能量更敏感的含能材料的点火能量，促进爆炸箔的低能发火。
本发明对传统爆炸箔的结构进行改进，在加速膛3的内部内置赋能电极4，使用时将焊盘4-1和焊盘2-3连接，使得赋能电极4与电爆炸回路并联连接。当电爆炸回路的高压电容放电，回路产生脉冲大电流时，金属层的桥区2-1发生电爆炸，电爆炸产生的高温高压等离子体沿着加速膛孔3-1向上运动，同时等离子体的存在给加速膛孔3-1内创造了易电离环境，在电容剩余电压的驱动下，形成放电通道，电容剩余能量通过赋能电极4对等离子体进行放电，实现电爆炸等离子体的赋能。
一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片，该芯片主要结构包括：基板1、金属层2、加速膛3和赋能电极4。所述基板1作为反射背板，约束电爆炸产生的等离子体向上方运动；所述金属层2包括桥区2-1、过渡区2-2和焊盘2-3三个部分，桥区2-1处的电流密度最大，即为爆炸箔；所述加速膛3是等离子体运动的通道，其加速膛孔3-1为方形；所述赋能电极4包括放电区域4-1和焊盘4-2，通过焊盘4-2与焊盘2-3连接，使得赋能电极4与电爆炸回路并联连接。赋能电极4的作用是利用电爆炸后电容剩余能量通过电极对桥区2-3电爆炸产生的等离子体放电，进行赋能；所述赋能电极4的放电区域4-1与所述金属层2之间的加速膛3厚度不小于50μm，避免提前发生电击穿。
赋能电极4的材料为Cu、Au或Ag，赋能电极4的放电区域4-2为平行板电极，赋能电极4的厚度可以为几十μm到几百μm，赋能电极4位置可以在上部，嵌入作为“底座”的加速膛3，也可以在中心，作为“三明治”的夹心，被加速膛3上下包夹；所述加速膛3可以是有机材料或陶瓷材料经过不同的工艺而成，加速膛孔3-1为方形。
所述基板1能够承受电爆炸产生的冲击波，能够约束金属层2电爆炸产生的等离子体向上运动。其材料可以是有机材料或陶瓷等材料，厚度需要根据设计的爆炸箔芯片的具体参数进行调整。
该爆炸箔芯片可以利用PCB工艺、PCB-MEMS工艺或LTCC工艺制备而成。由于各工艺的工艺方法和材料不同，因此该爆炸箔芯片的各个结构参数也有所不同。
实施例1
本实施案例涉及一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片，该芯片主要结构包括：基板1、金属层2、加速膛3和赋能电极4。所述基板1作为反射背板，约束电爆炸产生的等离子体向上方运动；所述金属层2包括桥区2-1、过渡区2-2和焊盘2-3三个部分，置于基板1之上，其中桥区2-1处的电流密度最大，即为爆炸箔；所述加速膛3是等离子体运动的通道，其加速膛孔3-1为方形；所述赋能电极4包括放电区域4-1和焊盘4-2，通过焊盘4-2与焊盘2-3连接，使得赋能电极4与电爆炸回路并联连接；赋能电极4的作用是利用电爆炸后电容剩余能量通过电极对桥区2-3电爆炸产生的等离子体放电，进行赋能；所述赋能电极4的放电区域4-1与所述金属层2之间的加速膛3厚度不小于50μm，避免提前发生电击穿；所述加速膛3与赋能电极4均置于金属层2之上。
金属层2材料为Cu，赋能电极4的材料为Cu，赋能电极4的放电区域4-2为平行板形电极，其高度可以与加速膛高度一致，或仅在加速膛中间嵌入25～100μm的Cu带作为赋能电极；所述加速膛3可以是有机材料或陶瓷材料经过不同的工艺而成，加速膛孔3-1为方形孔。
实施例2
本实施案例涉及一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔集成芯片，该芯片主要结构包括：基板1、金属层2、加速膛3和赋能电极4。所述基板1作为反射背板，约束电爆炸产生的等离子体向上方运动；所述金属层2包括桥区2-1、过渡区2-2和焊盘2-3三个部分，置于基板1之上，其中桥区2-1处的电流密度最大，即为爆炸箔；所述加速膛3是等离子体运动的通道，其加速膛孔3-1为方形；所述赋能电极4包括放电区域4-1和焊盘4-2，通过焊盘4-2与焊盘2-3连接，使得赋能电极4与电爆炸回路并联连接；赋能电极4的作用是利用电爆炸后电容剩余能量通过电极对桥区2-3电爆炸产生的等离子体放电，进行赋能；所述赋能电极4的放电区域4-1与所述金属层2之间的加速膛3厚度不小于50μm，避免提前发生电击穿；所述加速膛3与赋能电极4均置于金属层2之上。
金属层2材料为Al，赋能电极4的材料为Au，赋能电极4的放电区域4-2为弧形电极，其高度可以与加速膛高度一致，或仅在加速膛中间嵌入25～100μm的Cu带作为赋能电极；所述加速膛3可以是有机材料或陶瓷材料经过不同的工艺而成，加速膛孔3-1为圆孔。
Claims (8)
1.一种基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，包括从下到上依次设置的基板，金属层，加速膛，和加速膛内的赋能电极；
金属层由中部的桥区和桥区两侧的过渡区、焊盘组成，加速膛中部设有加速膛孔，加速膛上设有嵌设赋能电极的凹槽，赋能电极包括焊盘和放电区域，两个相对的赋能电极的放电区域和加速膛侧壁形成为带有放电区域的加速膛孔；赋能电极的焊盘与金属层的焊盘连接、从而使得赋能电极和电爆炸回路并联连接，构成等离子体赋能回路；
当电爆炸回路的高压电容放电，回路产生脉冲大电流时，金属层的桥区发生电爆炸，电爆炸产生的高温高压等离子体沿着加速膛向上运动，同时等离子体的存在给加速膛内创造了易电离环境，在电容剩余电压的驱动下，形成放电通道，电容剩余能量通过赋能电极对等离子体进行放电，实现电爆炸等离子体的赋能。
2.根据权利要求1所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，加速膛内设有赋能电极，赋能电极与独立于电爆炸回路的电容放电回路连接，赋能电极能量与电爆炸能量来自不同电容。
3.根据权利要求1或2所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，赋能电极的材料为Cu、Au或Ag，赋能电极的放电区域形状为平行板形、片层状或弧形，赋能电极的厚度为几十μm到几百μm，赋能电极位置可以在上部，嵌入作为“底座”的加速膛。
4.根据权利要求3所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，所述加速膛的材质为陶瓷材料或有机材料，加速膛孔为方形孔或圆孔。
5.根据权利要求4所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，赋能电极的放电区域与金属层之间的加速膛厚度不小于50μm。
6.根据权利要求5所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，金属层的材料为Cu、Au、Ag或Al。
7.根据权利要求6所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，所述基板作为反射背板，约束电爆炸产生的等离子体向上方运动，基板的材料为有机材料或陶瓷材料，基板的厚度根据设计的爆炸箔芯片的具体参数进行调整。
8.根据权利要求7所述的基于电爆炸等离子体增强的爆炸箔芯片，其特征在于，利用PCB工艺、PCB-MEMS工艺或LTCC工艺制备。
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