CN1264462A - 带松散填充的点火药的引爆器和组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种引爆器(100),其由外壳(112)、输出装药(144)和引爆装置(110、120、58、54)组装而成,其以对于引爆装置和输出装药(144)为直接引爆关系设置的粉状点火装药(46a),该输出装药可以包括粉状的爆燃到爆轰过渡(DDT)装药(144a)和爆炸基底装药(144b)。点火装药(46a)有小于10微米的平均颗粒直径,或甚至小于5微米,例如1到2微米。引爆装置可以包括一个半导体桥路(18),可以用小于大约5880psi的作用力压实点火装药(46a),例如用1000psi的作用力。在另一个实施例中,引爆器(210)包括一个低能量电引爆器(234),一个松散装填的BNCP点火装药(218)和一个烟火输出装药(214)。

Description

带松散填充的点火药的引爆器和组装方法
本申请是1997年4月9日注册的题为″带松散填充的点火药的起爆装置和组装方法″的美国专利申请序列号No.08/831664的部分继续。
本发明的背景
本发明的领域
本发明涉及包括点火药的引爆器，并涉及组装这样的引爆器的方法。
相关技术
1988年3月1日注册的属于Wang等人的美国专利4727808公开了一种电引爆的起爆装置，一种引爆装置，比如引信头(9)或一种电阻线，低能量起爆索，NONEL管或安全引信(见第4列，第41-44行和第7列，第21-28行)，以及与它有引爆关系的点火药。点火药包括一种二级炸药，比如PETN(季戊四醇四硝酸酯)，RDX(环-1，3，5-三亚甲基-2，4，6-三硝基胺)，或它们的一种混合物，颗粒尺寸可能小于30微米(μm)，并且可能被压缩到密度范围为1.2到1.6克每立方厘米(g/cc)(见第5列，第11-32行)。使用点火药引爆起爆装置中的基底装药。在点火药与基底装药之间可以设置一种中间装药，此中间装药甚至可以有更低的密度，例如0.8到1.4g/cc(见第5列，第33-45行)。示例7示出了采用颗粒尺寸为5到15微米和对于外径为6.5毫米(mm)而壁厚为0.6毫米(mm)的容器壳装填压力为133kg(大约8660psi)的PETN的试验。
在Wang等人的专利中提到的″引爆装置″释放出与低能量引爆件比如SCBs有关的大量的能量。还有，对于Wang等人设计的引爆装置类型，那里所公布的起爆装置的作用时间将为大约50微秒的量级。因为此延长了的作用时间，Wang等人的起爆装置需要在起爆装置中设有限制和空的腔室，来防止在基底装药中引爆起爆反应之前起爆装置壳体被点火药的气体产物破坏。在图13的实施例中，安全引信16的中空的内部对于这种装置提供了中空的腔室。
Fyfe等人在题为″采用一种半导体桥路引爆器的BNCP原型起爆装置研究″的文章中公开了使用BNCP(tetraammine-cis-bis(5-nitro-2H-tetrazorato-N2)cobalt(III)perchlorate)用于与在焊接的304不锈钢容器中的半导体桥路(SCB)合作的电起爆装置中。一个试验装置包括25毫克压缩到10000磅每平方英寸(psi)的BNCP；另一个装置包括49毫克压缩到20000psi的BNCP。对于两种不同的颗粒尺寸即15和25微米的BNCP，用15微秒的上升时间进行的引爆灵敏度试验表明：在3.5安培下较大的颗粒要花大约小颗粒的两倍时间实现引爆，而在1.5安培下小颗粒可以实现引爆，但较大的颗粒不能实现引爆。此外，在50微秒的上升时间下，较小的颗粒对温度的灵敏度比较大的颗粒低。
Fyfe等人使用的SCB的尺寸为90×270×2微米，并消耗几毫焦耳能量使BNCP引爆。所报导的这些1瓦、1安培无火起爆装置表明BNCP装药的作用像一个吸热器，它把SCB在1瓦、1安培无火电流下的欧姆加热快速地耗散掉。在无火条件下的这种热吸收表明BNCP是非常紧凑的。
BNCP生产者出版的产品资料建议使用BNCP代替叠氮化铅作为主要炸药的点火装药，并表明BNCP是一种理论最大密度为2.03g/cc的DDT炸药。
日期为1984年11月27日的属于Rucker的美国专利4484960公布了包括硼/三价铁氧化物引爆混合物的一种桥路起爆装置。三价铁氧化物的颗粒为0.2到1.2微米的范围。在该示例中，点火混合物被松散地装进与桥路接触的爆炸帽盖壳中。
日期为1991年2月5日的属于Kelly等人的美国专利4989515公布了包括一种桥路的引爆器，该桥路与包括铝热剂，一种可引起燃烧的组份的点火药接触。点火药与铝热剂的输出装药接触。点火药被压实到它的理论最大密度(TMD)的50-70％，而输出装药被压实到TMD的90-99％。
本发明的概述
在一个广义的方面，本发明涉及一种引爆器，比如一种起爆装置或一种烟火输出引爆器，它包括一个特别构形的点火装药。因此，本发明提供了一种引爆器，它包括：一个外壳，在外壳中的一个低能量电子的引爆装置，以对引爆装置为直接引爆关系并在低于7000psi的压实状态下装在外壳中的粉状点火装药。该点火装药用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号，并且，它包括平均颗粒尺寸小于10微米的颗粒。在外壳内也有一个输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个爆炸输出信号。
按照本发明的一个方面，点火装药可以为粉状，并可以受到低于5880psi的压实作用力。例如，点火装药受到低于3000psi或低于2000psi的压实作用力。
最好，点火装药为BNCP。
按照本发明的另一广义的方面，有一种引爆器，它包括：一个用来产生一个引爆信号的引爆装置，它把少于大约850微焦耳的能量释放到外壳中。可选地，引爆装置可以把少于大约425微焦耳的能量释放到外壳中，或把少于大约250微焦耳的能量，甚至把少于大约100微焦耳的能量释放到外壳中。
一般说来，点火装药最好包括平均尺寸小于10微米的BNCP颗粒，或小于5微米，例如平均直径在由大约0.5微米到2微米范围内。
典型地，引爆装置包括一个半导体桥路(SCB)引爆元件。
按照本发明的另一广义的方面，引爆器包括以低于它的理论最大密度(TMD)的65.9％的压实状态设置的点火装药。例如，可以以粉状设置点火装药，点火装药处于由它的TMD的大约49％到65％范围内的压实状态，或处于由它的TMD的大约49％到59％范围内的压实状态。
在更具体的实施例中，本发明提供了在外壳中的一个低能量引爆单元，它包括SCB，和以对SCB为直接引爆关系的一个点火装药。该点火装药可以包括颗粒尺寸小于10微米平均直径并处于低于7000psi的压实状态下的BNCP。
可选地，该点火装药可以包括设在SCB上的粘接液滴。此种液滴包括BNCP与一种胶粘剂的混合物。
在一个具体的实施例中，引爆器可以包括紧固到外壳中的引爆装置上的一个容器壳体，并且，可以把点火装药设在该容器壳体内。
本发明也包括一个方法方面，例如一种组装引爆器的方法。一种这样的方法包括：把输出装药压进起爆装置外壳内，以对于输出装药为信号传输关系把粉状的点火装药装进外壳中，以与点火装药为引爆关系把电子引爆装置紧固在起爆装置外壳中，并且，以小于大约5880psi的作用力压实点火装药。
在另一实施例中，该方法包括以小于大约5880psi的作用力把一个电子引爆装置压进点火装药中，把点火装药紧固到引爆装置上，并且，以与输出装药为信号传递关系把点火装药紧固在外壳中，最好不进一步压实点火装药。
在又一个实施例中，此方法可以包括把点火装药的液滴施加到一个电子引爆装置上，并且，以与外壳中的输出装药为引爆关系把外壳中的电子引爆装置与点火装药紧固在一起。
附图的简要描述
图1A为局分剖开的简图，示出了本发明的一个实施例的起爆装置；
图1B为图1A所示起爆装置的隔离帽盖和助推器装药部件的相对于图1A被放大了的视图；
图2为引爆单元的局部剖开透视图，此单元包括本发明的一个实施例的点火装药；
图3为本发明的一个特别实施例的一个烟火输出引爆器的部分剖开简图；
图4为图3所示爆炸装置的半导体桥路(SCB)引爆器组件的放大的透视图；
图5A为图4所示引爆器组件的SCB引爆器元件的放大的视图；以及
图5B为图5A的SCB引爆器元件沿着5B-5B线作的图。
对本发明和它的优选实施例的详细描述
本发明涉及起爆装置和烟火引爆器(在这里有时被统称为″爆炸输出装置″或″引爆器″)的引爆的改进。本发明的爆炸输出装置通常包括一个外壳，它包含着一个输出装药，一个低能量引爆装置和在引爆装置与输出装药之间的一个点火装药。把点火装药的构形成使得它对由引爆装置发出的低能量是敏感的，并有足够的输出能量引爆输出装药。输出装药提供了该装置的主要输出信号。
本发明的引爆装置提供了对于起爆装置外壳的内部的一个低能量的引爆信号，比如它可以由尺寸为17×36×2微米(μm)的1欧姆半导体桥路引爆元件提供引爆信号，此元件可以消耗少于大约850微焦耳(micro Joules)的能量产生出一个引爆等离子体。
在本发明的爆炸输出装置中，把点火装药设置在外壳内，其方式使它可以被来自引爆装置的比对于先有技术的引爆器起作用要低的能量信号引爆。例如，尺寸为17×36×2微米的1欧姆SCB可以以少于850微焦耳的能量使本发明的点火装药引爆。
点火装药对引爆装置是敏感的，但引爆时，它在外壳中实现快速燃烧，足以使输出装药引爆。本发明的点火装药通常有少于10微米的平均颗粒半径，并最好被松散地装在外壳中，例如，以小于7000磅每平方英寸(psi)的压实压力，如下面将描述的那样。把点火装药设置成与引爆装置有直接引爆的关系，即在引爆装置的输出与点火装药之间没有插在中间的装药，并最好在它们之间没有空白的空间。典型地说，引爆装置包括一个半导体桥路(SCB)，此桥路与点火装药直接在实体上接触。最好，点火装药为BNCP。
在按照本发明的包括起爆装置爆炸输出装置的情况下，输出装药为一种爆炸材料。可选地，起爆装置的输出装药可以包括一种基底装药和一种性质不同的爆燃到起爆过渡(DDT)装药，用来产生一个起爆信号，来使基底装药引爆。在某些这样的起爆装置实施例中，基底装药可以包括与DDT装药相同的反应材料，但是，在另外的实施例中，它们可以为不同的材料。例如，在一个实施例中，DDT装药可以为BNCP，而基底装药可以为PETN(季戊四醇四硝酸酯)，但是，在其它实施例中，DDT装药和基底装药可以都为例如BNCP。如在技术中已经知道的那样，DDT装药最好为比点火装药要大的颗粒的形式。因此，本发明的DDT装药最好是平均尺寸为25微米(μm)或更大的颗粒。在按照本发明的烟火引爆器的另外情况下，输出装药典型地为烟火材料，基本上排除将产生起爆输出信号的爆炸材料。
现在参见图1A，此图示出了按照本发明的一个实施例的数字式延迟起爆装置。延迟起爆装置100包括引爆装置，对起爆装置的内部提供一个非电的输入信号。在所示出的实施例中的引爆装置包括一激波管110，一个助推器装药120，一个转换器模件58和一个电子模件54。转换器模件把非电的输入信号转换成电子信号。为了制作的目的，已经把转换器模件58紧固到电子模件54的一端上，包括点火装药的一个过渡帽盖46已经被紧固到另一端上，形成一个电子的延迟引爆单元55，将在下面更详细地描述它。
如对本技术熟悉的人们所熟知的那样，激波管包括中空的塑料管，它的内壁涂有一种爆炸材料，从而使得当引爆时通过该管传播一个低能量激波。例如见Thureson等人的1986年8月26日授权的专利4607573。然而，将会理解到，其它非电的信号传播装置，比如可以采用起爆索，低能量起爆索，低速激波管和类似物。一般说来，在所示出的实施例中可以采用任何适用的非电的脉冲信号传输装置。
借助于适配器套筒114把激波管110配装到起爆装置的壳体或外壳112上，把一个大致为管形的外壳112关于此适配器套筒卷到卷边116，116a上，紧固住激波管110，并在适配器套筒114与激波管110的外表面之间形成一个对于环境起保护作用的密封。外壳112有一个开口端112a，它容纳套筒114和激波管110，并有一个相对的封闭端112b。外壳112由一种导电的材料制成，通常是铝，并最好为传统的爆炸帽盖即起爆装置的尺寸和形状。典型的铝外壳的内径为0.26英寸，外径为0.296英寸。激波管110的一段110a在外壳112内伸展，并以端部110b为终点，紧靠在防静电绝缘帽118附近或与该帽紧靠地接触。
如在图1B中最清楚地看到的那样，绝缘帽118为在技术中已经很好知道的类型，并由半导体材料制成，比如充碳的高聚物材料，从而它形成接地的路径，把任何可能沿着激波管110传播的静电耗散掉。例如，参见属于Gladden的在1976年9月21日授权的美国专利3981240。邻近绝缘帽118设置一个低能量助推器装药120，并且，该助推器装药与绝缘帽为作用力连通的关系。如在图1B中最清楚地看到的那样，绝缘帽118包括如在本技术中已经热知的一个大致圆柱形的本体(它通常为一个截锥体的形状，较大的直径靠近外壳112的开口端112a)，一个薄的可刺破的薄膜118b把此本体分成一个进口腔118a和一个出口腔118c。激波管110的端部110b(图1A)被容纳在进口腔118a内(为了清楚起见，在图1B中没有画出激波管110)。出口腔118c在激波管110的端部110b与助推器装药120之间提供了一个空气空间或一个距离。在使用时，通过激波管110传送的激波将刺破薄膜118b，穿过出口腔118c提供的距离，碰到助推器装药120，并使该装药起爆。
助推器装药120包括一个少量的主炸药124，比如叠氮化铅(或一种适用的二次炸药，比如PETN或BNCP)，第一(不爆炸的)软垫件126设在此主炸药上。第一软垫件126位于绝缘帽118与主炸药124之间，保护主炸药124在制作过程中免受加到它上面的压力。
典型地为0.30英寸厚的一个非导电的缓冲垫128(在图1A中未画出)位于助推器装药120与转换器模件58(下面将更充分地描述)之间，把转换器模件58与助推器装药120在电路上绝缘。
可以把绝缘帽118、第一软垫件126和助推器装药120方便地装进导电的助推器壳体132中，如在图1B中所示出的那样。绝缘帽118的外表面与助推器壳体132的内表面处于导电接触状态，助推器壳体进而与外壳112处于导电接触状态，对于任何由激波管110放出的静电提供一个电流通路。通常，把助推器壳体132插进外壳112中，将外壳112卷边，以助推器壳体132保持在其中，并保护外壳112的内容物与环境隔开。
如上所述，转换器模件58与电子模件54连接，电子模件进而与一个过渡帽46连接，形成一个电子延迟引爆单元55。一个可选的端部开口的钢套筒21包着电子模件54和过渡帽46，保护它们免受外壳112的横向变形的影响。过渡帽46包括一个按照本发明的点火装药，下面将联系着图2更充分地描述它。一个可选的第二软垫件142邻近过渡帽46，此软垫与第一软垫126类似。第二软垫142把过渡帽46与输出装药144分开，输出装药包括一个DDT装药144a，此DDT装药对电子模件54的点火装药敏感，并可以把在过渡帽46中的点火装药的烟火信号转换成起爆激波信号。输出装药144最好包括一个二级炸药的基底装药144b，例如PETN，RDX(环-1，3，5-三亚甲基-2，4，6-三硝基胺)或类似物，它提供了起爆装置的主要爆炸输出，该起爆装置可以用来引爆铸造助推器炸药，铝热剂等。
图2为电子低能量引爆单元55的部分剖面透视图。引爆单元55的电子模件54包括各种电路部件，这些部件包括集成的定时电路22、定时电阻36、集成的开关电路20、存储电容12、泄漏电阻16和提供一个输出端子的输出导线37。各种部件设置在一个保护封壳15中。也有尺寸为17×36×2微米的横截着输出导线37设置的一个半导体桥路(SCB)18，它对起爆装置外壳的引爆器提供引爆信号。过渡帽46包括容器壳体46b，把此壳体卷边到封壳15的颈部区域44上。容器壳体46b包括一个点火装药46a，并把此点火装药固定成与SCB18为直接引爆的关系。换句话说，在点火装药46a与SCB18之间没有中介的反应材料的装药或空的空间。为了在所示出的起爆装置中以与点火装药46a为直接引爆的关系设置SCB18，可以把SCB18埋设在点火装药46a中，如图所示。点火装药46a可以包括例如大约10到20毫克的主爆炸材料或一种适用的替代品，比如BNCP。最好，点火装药46a基本上由BNCP构成，把在这里所描述的条件下即在低压实轻微限制和低能引爆的条件下可能妨碍BNCP引爆的材料除外。
如上所述，点火装药46a为小的颗粒，例如平均颗粒直径小于10微米。此外，该装药最好处于低压实或低密度状态。在所示出的实施例中，在把过渡帽46紧固到封壳15上之前，把粉状的点火装药46a松散地装在壳体46b中，把该壳体的尺寸和构形做成容纳封壳15的端部。例如，可以以粉末的状态把点火装药46a倒进壳体46b中，并使此装药保持在那里，而不对它进行捣实，或″加压″或″压实″，只是当把SCB插进点火装药46a中时，可能使此装药的体积相应地减小，SCB18和电子模件的端部会造成压实。这与先有技术相反，先有技术要求在例如10000psi的压力下压实。可选地，可以在小于7000psi的压力下进行适度的压实，例如压力小于4000psi，小于3000psi或小于2000psi，例如1000psi。把电子模件54的输出端39和封壳15压进点火装药46a中。使用这种低的压实压力的一个好处在于，降低了破坏SCB18和电子模件54整体的可能性，这是因为不需要使电子模件54经受高的组装作用力。结果，在容器壳体46b中轻微地压点火装药46a。随后，把容器壳体46b向下卷边到颈部区域44上，把过渡帽46紧固到封壳15上。壳体46b的卷边强度和结构强度足以防止接续的包括中等大小的轴向作用力的组装步骤在点火装药46a与电子模件54之间施加附加的压力。因此，即使接续的组装步骤包括使用某种压力，仍会保持点火装药的低压实状态。容器壳体46b由0.005英寸厚的铝板或有类似强度的材料制成，所以，此壳体没有提供Fyfe等人在上面讨论的公开文件中使用的容器的强度，但是，它可以经受低的轴向施加的组装作用力。套筒21在经受轴向的组装作用力方面是有帮助的，因此保护过渡帽46不受到进一步的压实。然而，因为套筒21是端部敞开的，它对于点火装药46a的容器没有明显的贡献，所以，即使有壳体46b、套筒21和外壳112，点火装药46a仍然不会受到大的限制。
本申请人发现，BNCP颗粒的灵敏度不仅取决于尺寸，而且也受压实压力的影响。这一结论是由下述试验结果得出的，其中，把10微米的BNCP和2微米的BNCP压实到不同的压力用来由1欧姆的SCBs引爆。SCBs在硅基底″芯片″上的尺寸为17×36×2微米，并采用来自0.47微法的电容器放电单元的能量引爆它们。采用绝缘的环氧树脂粘合剂把SCB芯片安装到由Kovar(CRS Holdings公司的一种注册商标)制成的平板上，此板有通过它伸展的导线，在技术上被称为一个头部单元。以改变的作用力把BNCP压进钢的装药容器中，头部单元就装到该容器上。在不同的电压下引爆SCBs，结果列于表I。
                         表IBNCP的平均               压实压力              点火电压             点火(是)/颗粒尺寸(微米)              (Kpsi)                (伏)                失败(否)
10                        10                  100                    是
10                        10                  60                     是
10                        10                  40                     是
10                        7                   100                    是
10                        7                   60                     是
10                        7                   40                     否
10                        4                   100                    否
2                         1                   60                     是
2                         1                   40                     是
2                         1                   40                     是
2                         1                   30                     是
2                         1                   25                     是
表I的数据显示随着BNCP的压实压力降低，10微米的BNCP变得对于低能引爆越来越不敏感。在7000psi的压力下，60伏的放电(相当于所储存的能量大约为850微焦耳，估计大约为引爆电路所消耗能量的一半)需要引爆10微米的BNCP，40伏则不足以引爆。在4000psi压力下，即使100伏也不能引爆10微米的BNCP。然而，本申请人发现，平均颗粒尺寸比10微米小例如大约2微米的BNCP的灵敏度增加到可以用小于60伏实现引爆的程度。
把2微米的BNCP与硝化棉混合并使混合物成为一种浆液进行了类似的实验，如下面描述的那样。把浆液滴施加到如上所述的SCBs上，并使它干燥。用不同大小的电压使SCBs引爆，在100到30.5伏的范围内实现了BNCP的引爆；但在30伏没有实现引爆。进而采用1微米的BNCP的实验显示：一直到25伏实现了引爆。起作用的时间都大约为10微秒或更少。
制备有按照本发明的点火装药的引爆器的一个未想到的结果是，引爆出现得如此地快，以至降低了把反应材料限制在起爆装置中的需要。例如，Fyfe等人发现提供足够程度的限制来确保BNCP装药在起爆装置中的适当的引爆是必要的，但是，他们考察了在15到25微米的尺寸范围内高度压实的BNCP。在另一方面，上面描述的属于Wang等人的美国专利4727808需要在起爆装置中的一个空的空间。此空的空间使得来自点火装药的压力可以耗散掉。这种耗散是必须的，这是因为点火装药的燃烧慢到所建立起的压力可能在爆炸装药被引爆之前损坏起爆装置。相反，本发明的点火装药获得了如此高的反应速率，以至在任何对引爆器有害的损坏可能出现之前，引爆信号可以传输到输出装药。因此，已经不再需要高程度的限制，也不需要在外壳中的空的空间。可以把本发明可选地表示成提供轻微的限制和在点火装药与引爆装置之间的直接的接触之一项或两者，而分别不需要强的限制和用于点火装药的产物气体的膨胀的空的空间。然而，如果愿意，也可以采用提供强的限制的结构。
还有，用比先有技术所需要的低的能量就可以可靠地使点火装药引爆。例如，可以用比大约0.25毫焦耳的能量低的半导体桥路引爆与半导体桥路处于直接的引爆连通状态的松散地装填的小颗粒的点火装药。可以把用于本发明的起爆装置的电子引爆单元的构形做成提供少于0.1毫焦耳(100微焦耳)的能量。在一个特殊的实施例中，用构形成提供大约0.068毫焦耳的一个引爆单元实现了满意的引爆。相反，先有技术的起爆装置需要SCB引爆元件提供至少0.25毫焦耳或更多的能量。参见例如属于Hartman等人的美国专利5309841的第7列第10-15行(0.25毫焦耳)；属于Bickes，Jr.等人的美国专利4708060的第6列第7-11行(建议使用尺寸为17×35×2微米的半导体桥路，并用1到5毫焦耳引爆)。
最好，粉状的点火装药的颗粒尺寸为平均的颗粒直径不大于延迟电路34的半导体桥路的长度。把一个包括尺寸为17微米长(在输出导端到输出导端的方向上测量)×36微米宽×2微米深的半导体桥路的特定的实施例中，平均颗粒直径小于10微米，最好小于5微米，并可以是例如在0.5到2微米的范围内。
如上面所建议的那样，可以以相对于先有技术起爆装置非常小的压力把封装的延迟电路压进点火装药46a中。在点火装药上的捣实压力可以小于大约4000psi，例如，或甚至小于2000psi。在一个具体的组装过程中，可以以大约1000psi的作用力把电子模件54压进点火装药46a中。点火装药46a的所造成的密度将明显地比传统的点火装药的密度小。在本发明的典型的实施例中，把点火装药46a压缩到比它的理论最大密度(″TMD″)的80％还小，例如，可以把点火装药46a压缩到比它的TMD的65.9％还小。例如，包括BNCP的点火装药46a可以有范围在1到1.32克·立方厘米(g/cc)的密度(大约为49到65％的TMD)，例如，点火装药46a可以有范围在1到1.2g/cc的密度(大约为49到59％的TMD)。用这样的低压实状态的点火装药，不靠按照本发明的起爆装置的结构件即外壳112、过渡帽46和套筒21来提供对DDT装药的限制，这些结构件可以由比必须承受10000psi或20000psi的压力，如Fyfe所要求的那样，可能要求的要薄的，较不刚硬的材料制成。这样的结构件可以提供对点火装药的适度的限制，而不是像Fyfe等人所要求的那样严格的限制。在封壳方面、电子延迟电路与点火装药之间的低的捣实压力是有利的，这是因为这降低了组装过程将造成对SCB18和/或对电子延迟电路的破坏。
在另外的实施例中，可以把包括粉状的点火装药的液滴施加到或直接粘接到SCB18上，以确保点火装药颗粒与SCB的定好的物理接触。典型地以颗粒的浆液形式施加液滴，并使这些液滴在SCB上干燥，因此粘接在其上，典型地在SCB上提供大约5毫克或更少的固体的反应材料，可以把被涂布的SCB压进过渡帽46中的点火装药的其余粉末中。这样的浆液包括在液体介质中的颗粒状的点火装药，这些液体介质比如水、可挥发的有机液体或类似物，并且，可选地，为一种胶粘剂。最好，此胶粘剂包括反应材料，比如硝化棉。可选地，液滴可以整个地包括起爆装置的点火装药，可以把被涂布的SCB压进输出装药中，例如压进输出装药的DDT装药部分中。可以用如上所述的小于7000psi的作用力把用液滴涂布的SCB压进包括附加的点火装药材料或DDT级的材料的装药中。另外，帽盖46可以是端部敞开的，并可以在它被紧固到封壳15上之后用浆液充满。随后在把电子模件插进起爆装置外壳中之前使浆液干燥。
在BNCP作为液滴施加到SCB上的所有实施例中，在干燥的液滴中的材料只经受压实压力，用此压实压力把液滴压进起爆装置外壳中后来的装药中或其它部件中。
如在图2中所示，可以把电子模件54的尺寸和构形做成有电子输出导端37，此端伸进点火装药46a中，从而SCB18可以被点火装药46a环绕着，或把SCB埋入点火装药中。这样的设置改进了可靠性，用这样的SCB18通过容许在它们之间有高程度的表面接触使点火装药46a引爆，这与把SCB平的安装在一个支承基底上相反。
把电子模件54设计成使输出导端37和电输入导端56由电子模件54的各自的相对端部伸出。转换器模件58包括一个压电转换器14和两个传递导端62，把此模件包封在转换器封壳64内，把转换器封壳的尺寸和构形做成与套筒21接合，使得可以把转换器模件58紧固到套筒21的端部上，使传递导端62与输入导端56接触。最好，把电子模件54、套筒21和转换器模件58的尺寸和构形做成使得当组装时，如在图2中所示出的那样，在电子模件54与转换器模件58之间建立一个以标号66表示的空气间隙。这样，使电子模件54至少部分地与初始的压力脉冲隔离开，此初始脉冲使压电转换器14产生启动电子模件54的电脉冲。这样的初始脉冲施加的压力通过转换器模件58施加到套筒21上，如作用力箭头68所示的那样，而不是施加到电子模件54上。
把点火装药46a以与输出装药144的DDT装药部分144a为信号传递的关系设在起爆装置外壳中。如上所述，DDT装药144a的功能是把点火装药46a的烟火信号转换成足以引爆输出装药144的基底装药144b的起爆输出的一个起爆信号。输出装药144对于起爆装置提供爆炸输出，此输出装药通常为二级爆炸材料。按照本发明，DDT装药144a为一种粉状的装药，它包括比传统上在先有技术中使用的要大的颗粒，它可以包括例如大约75到150毫克的材料。粗的DDT颗粒的直径一般至少为大约25微米，最好直径至少为50微米，在一个特定的实施例中，它们的平均直径在大约100到120微米的范围内。在本发明的一个优选实施例中，DDT装药144a为可以用例如大约10000psi的捣实压力压缩在起爆装置外壳中的BNCP。这样的DDT装药在内径为0.26英寸，外径为0.296英寸的起爆装置外壳中将典型地有大约1/4英寸的深度。
基底装药144b包括二级爆炸材料，例如PETN，它被DDT装药144a引爆，并对起爆装置提供输出信号。可选地，基底装药144b可以包括与DDT装药144a相同的爆炸材料，例如两种装药都可以为BNCP。然而，BNCP是相对较昂贵的，所以最好限制BNCP作为点火装药和DDT装药，并采用比BNCP便宜的PETN用作起爆装置的基底装药。与二级基底装药结合使用BNCP相对于使用叠氮化铅是有利的，这是因为BNCP缺少铅，因此从环境和对身体无害的观点看来是更可以接受的。还有，BNCP有比叠氮化铅更强的输出作用力，所以可以比叠氮化铅释放出更大的起爆装置的爆炸输出。结果，可以按比例地减少基底装药144b的二级炸药的数量。以适宜于产生(与点火装药的输出相结合)一个所需要的强度的输出信号的数量设置基底装药144b的二级炸药。基底装药材料的典型的数量为大约500到1000毫克。
可以通过把各种元件插进典型地为金属的起爆装置外壳中来组装一种起爆装置比如起爆装置100，该外壳有一个封闭的端部和一个打开的端部。顺序地把元件插进外壳中，第一元件靠着外壳的封闭端设置。在适用于起爆装置100的组装步骤中，可以在正常的捣实压力下把输出装药144压进底部，即进入外壳112的封闭的端部中，例如可以把PETN的基底装药144b在外壳122中加压到10000psi。把第二软垫件142设在邻近输出装药144。随后，把引爆单元55插进邻近第二软垫件142的外壳112中。这样把过渡帽46设置成对于输出装药144为引爆关系，并朝向爆炸装置外壳的打开端设置转换器模件58。这样助推器装药120与转换器模件58为信号传递关系。激波管110的端部被适配器套筒114包着，把此端部插进起爆装置外壳112的打开端，从而激波管110的端部110b与助推器壳体132内的绝缘帽118接合。这时，在卷边处116、116a把爆炸装置外壳112卷边，把激波管110和引爆单元紧固在起爆装置外壳中。如上面所述的那样制备引爆单元55的点火装药，使得在完成的起爆装置中，点火装药仍然保持是松散装填的。
在使用时，激波管110(图1A)发出的信号引爆助推器装药120，助推器装药产生一个压力脉冲，驱动压电转换器14(图2)。电子模件54接受压电转换器14所产生的电能脉冲，并把此脉冲储存一个预定的延迟时间。随后把电能释放到SCB18，以提供起爆炸装置100的引爆装置的输出信号。从而把与引爆装置即与SCB为直接引爆关系的点火装药46a引爆，并且此点火装药引爆DDT装药，DDT装药产生一个起爆激波，把基底装药144b(图1A)引爆。
按照本发明的引爆器产生一个烟火输出信号，即产生一个包括热、火焰和热气体的输出，而不是一个起爆信号，此引爆器有多种用途，包括例如引爆汽车安全空气袋的产生气体的装药。这样的引爆器可以包括SCB，它由于碰撞时汽车的保险杠中的传感器所产生的电脉冲而引爆。该传感器所产生的信号可以是低能量信号，如上面所描述的那样，并可以把SCB构形成类似于引爆单元55(图2)的SCB。在空气袋引爆器的情况下，通常不需要时间延迟电路。相反，可以把SCB安装在头部，并可以直接连接到对于引爆输入信号的电连接端上。
在图3中示意性地示出了按照本发明的一个烟火输出引爆器。引爆器210包括一个外壳212，它有一个大致圆柱形的构形，有一个封闭端212a和一个打开端212b，并包括一个烟火输出装药214和一个点火装药218。点火装药218最好包括松散装填的BNCP装药，如上面例如对于点火装药46a(图2)所描述的那样。输出装药214包括一种烟火材料，比如过氯酸锆钾、过氯酸钛钾，等。输入导端226a和226b伸展进外壳212的内部，并被外壳套筒228和卷边230紧固在其中。输入导端226a和226b把电引爆信号传输到引爆器模件234。最清楚地在图4中示出，引爆器模件234包括一个半导体桥路引爆元件236。当通过输入导端226a和226b把电引爆信号传输到引爆器模件234时，SCB引爆元件236引爆点火装药218(图3)，因此，引爆起爆装置的输出装药。套筒228(以及其中的导端226a，226b)和引爆模件234一起构成引爆器组件235。
套筒228(图4)有一个头部228a，接头立柱238a和238b设置在此部分中。套筒228最好由弹性的合成高聚物材料制成。套筒228的头部228a为大致圆柱形，并且，它的直径近似地与起爆装置外壳(未画出)的内径相对应，例如大约0.233英寸(5.9毫米)。在接缝240把套筒228的其余部分分开，以使电导端226a和226b的暴露端插进接头立柱238a和238b的敞开端变得容易。夹紧环242在套筒228的头部228a上施加一个夹紧压力，分别帮助把导端226a和226b紧固在接头立柱238a和238b中。
引爆器模件234包括一个大致圆柱形的不导电的片244，它可以由高聚物材料例如环氧树脂制成。接头终端246和248通过片244伸展到顶表面234a和底表面234b。靠近底表面234b、接头终端246和248形成连接凹部246a、248a，把这些凹部的尺寸和构形做成与套筒228上的接头立柱238a和238b相接合。例如用环氧树脂粘接剂以任何方便的方式把SCB引爆元件236粘到片244的顶表面234a上，最好在接头终端246和248之间。两根5密耳(0.005英寸)的铝连接导线252和254在接头终端246和248的暴露的端部和SCB引爆元件236上的相关的导电垫(未画出)之间伸展，可以用技术上已知的过程把这些铝连接导线用超声方法焊接到每一端的位置上。
像套筒228一样，片244为大致圆柱形，并且，它的直径D与起爆装置外壳(未画出)的内径相对应。最好，把接头立柱238a和238b和连接凹部246a、248a的构形做成使得一旦把立柱238a和238b插进凹部246a、248b中，例如一个锁定机构比如在立柱238a、238b上的簧片棘爪和在连接凹部246a、248a中的相应凹槽将牢固地把它们保持在其中。这样，将把引爆器模件234和套筒228(包括导端226a、226b)连接在一起构成引爆组件235，并在导端226a、226b与连接导线252、254之间提供电的连接。引爆器组件235使得可以把引爆信号由外部装置传递到起爆装置的内部，特别是传递到点火装药上。
现在参见图5A和5B，可以看到SCB引爆元件236包括一个非导电的基底256，它可以包括一个带有一层二氧化硅256b的硅基底256a。(在技术上已经知道把兰宝石用做基底，也可以使用其它材料比如铝矾土。硅是优选的，这是因为它的热性质是有利的。)一层2微米厚的半导体材料258在二氧化硅层256b上，此半导体层可以为掺磷的多晶硅半导体层，它为砂漏的构形，并有被一个薄膜桥路260连接起来的分离开的垫258a、258b(图5B)。桥路260的宽度为260a、长度为260b、厚度等于层258的厚度。半导体层258的典型厚度是2微米。在半导体层258中掺杂物的多少决定了半导体材料的电阻，并与所想要的长度260b(图5B)和宽度260a以及半导体桥路260的厚度有关，该半导体桥路将在金属化的区域之间伸展，在它们之间提供所想要的电阻。
SCB引爆元件236可以由已经很好知道的技术制作，这包括照相制版的掩模、化学蒸气沉积等，严格地控制每层材料的厚度、构形和掺杂浓度，对于大量的SCBs件给出高度一致的性能。
在引爆器210(图3)的制作中，把基底装药214压进空的外壳212内。把点火装药218松散地装在基底装药214的顶面上的外壳212内，但是不把它在里面压实。分开地把输入导端226a和226b插进套筒228和引爆器模件234中，如上所述地制作该引爆器模件，并通过把接头立柱238a和238b插进连接凹部246a、248a把此引爆器模件紧固到套筒228上，以形成引爆器组件。随后，把引爆器组件插进外壳中，达到SCB引爆元件236以最小的压缩作用力与基底装药214接触的深度。典型地，把最大大约为1000psi的压力施加到引爆器组件上。当使引爆器组件处于其位置时，在外壳212中形成卷边230，把套筒228保持在其位置。当由导端226a，226b接收到一个低能量电引爆信号时，桥路260(图5B)蒸发，使点火装药218引爆，点火装药进而引爆基底装药214，基底装药穿透壳体212，发射出烟火信号。
尽管已经参考着它的具体的实施例描述了本发明，显然，在阅读和理解上述内容的过程中，对于熟悉技术的人来说将会出现对所描述的实施例的大量的改型，希望将这些改型包括所附的权利要求的范围内。例如，尽管所示出的所有实施例为引爆装置包括延迟件的起爆装置，但是，本发明包含所谓″瞬时″的起爆装置，它没有任何明显延迟的部件。另外，如果愿意，引爆装置可以整个是电子的，而不靠非电的信号传输线。

Claims (49)

1.一种起爆装置，它包括：
一个外壳；
在外壳中的一个低能电子的引爆装置；
以对引爆装置为直接引爆关系并在低于7000psi的压实状态下装在外壳中的粉状点火装药，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号，点火装药包括平均颗粒尺寸小于10微米的颗粒；以及
在外壳内的输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个起爆输出信号。
2.按照权利要求1中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药为粉状，并受到低于5880psi的压实作用力。
3.按照权利要求2中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药受到低于3000psi的压实作用力。
4.按照权利要求3中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药受到低于2000psi的压实作用力。
5.按照权利要求1，2，3或4中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药为BNCP。
6.一种起爆装置，它包括：
一个外壳；
一个用来产生一个引爆信号的引爆装置，它把少于大约850微焦耳的能量释放到外壳中；
以对引爆装置为直接引爆关系装在外壳中的一种点火装药，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号；以及
在外壳内的输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个起爆输出信号。
7.按照权利要求6中所述的起爆装置，其包括用来把少于大约425微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
8.按照权利要求7中所述的起爆装置，其包括用来把少于大约250微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
9.按照权利要求8中所述的起爆装置，其包括用来把少于大约100微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
10.按照权利要求6、7、8或9中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于10微米的BNCP颗粒。
11.按照权利要求10中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于5微米的颗粒。
12.按照权利要求11中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药包括平均尺寸在由大约0.5微米到2微米范围内的颗粒。
13.按照权利要求6、7、8或9中所述的爆炸装置，其特征在于，引爆装置包括一个半导体桥路(SCB)引爆元件。
14.一种起爆装置，它包括：
一个外壳；
在外壳中的一个低能量电子的引爆装置；
以对引爆装置为直接引爆关系装在外壳中的点火装药，该点火装药为粉状，并有低于它的理论最大密度(TMD)的65.9％的密度，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号；以及
在外壳内的输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个起爆输出信号。
15.按照权利要求14中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药的密度在由它的TMD的大约49％到65％范围内。
16.按照权利要求15中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药的密度在由它的TMD的大约49％到59％范围内。
17.按照权利要求14、15或16中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于10微米的颗粒。
18.按照权利要求17中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药为BNCP。
19.一种起爆装置，它包括：
一个外壳；
在外壳中的一个低能量引爆单元，它包括一个半导体桥路(SCB)；
以对SCB为直接引爆关系并包括颗粒尺寸小于10微米平均直径和在低于7000psi的压实状态下的粉状BNCP的一个点火装药；
在外壳内的一个输出装药，用来对点火装药的引爆作出响应产生一个输出信号。
20.按照权利要求1、3、6或14中所述的起爆装置，其特征在于，点火装药包括设在SCB上的粘接液滴。
21.按照权利要求20中所述的起爆装置，其特征在于，液滴包括BNCP与一种胶粘剂的混合物。
22.按照权利要求1、3、6或14中所述的起爆装置，其包括紧固到外壳中的引爆装置上的一个容器壳体，其中，点火装药设在该容器壳体内。
23.一种烟火输出引爆器，它包括：
一个外壳；
在外壳中的一个低能量电子的引爆装置；
以对引爆装置为直接引爆关系并包括被压实到低于7000psi状态下装在外壳中的BNCP装药的一个点火装药，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号，点火装药包括平均颗粒尺寸小于10微米的颗粒；以及
在外壳内的输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个爆炸输出信号。
24.按照权利要求23中所述的引爆器，其特征在于，点火装药为粉状，并经受小于5880psi的压实作用力。
25.按照权利要求24中所述的引爆器，其特征在于，点火装药经受小于3000psi的压实作用力。
26.按照权利要求25中所述的引爆器，其特征在于，点火装药经受小于2000psi的压实作用力。
27.一种烟火输出引爆器，它包括：
一个外壳；
一个用来产生一个引爆信号的引爆装置，它把少于大约850微焦耳的能量释放到外壳中；
以对引爆装置为直接引爆关系装在外壳中的一种BNCP点火装药，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号；以及
在外壳内的烟火输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个烟火输出信号。
28.按照权利要求27中所述的引爆器，其包括用来把少于大约425微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
29.按照权利要求28中所述的引爆器，其包括用来把少于大约250微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
30.按照权利要求29中所述的引爆器，其包括用来把少于大约100微焦耳的能量释放到外壳中的引爆装置。
31.按照权利要求27，28，29或30中所述的引爆器，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于10微米的BNCP颗粒。
32.按照权利要求31中所述的引爆器，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于5微米的颗粒。
33.按照权利要求32中所述的引爆器，其特征在于，点火装药包括平均尺寸在由大约0.5微米到2微米范围内的颗粒。
34.按照权利要求27、28、29或30中所述的引爆器，其特征在于，引爆装置包括一个半导体桥路(SCB)引爆元件。
35.一种烟火输出引爆装置，它包括：
一个外壳；
在外壳中的一个低能量电子的引爆装置；
以对引爆装置为直接引爆关系装在外壳中的点火装药，该点火装药为粉状BNCP，并有低于它的理论最大密度(TMD)的65.9％的密度，用来对来自引爆装置的一个低能量引爆信号作出响应在外壳内产生一个爆燃信号；以及
在外壳内的烟火输出装药，用来对点火装药的爆燃信号作出响应产生一个烟火输出信号。
36.按照权利要求35中所述的引爆器，其特征在于，点火装药的密度在由它的TMD的大约49％到65％范围内。
37.按照权利要求36中所述的引爆器，其特征在于，点火装药的密度在由它的TMD的大约49％到59％范围内。
38.按照权利要求35、36或37中所述的引爆器，其特征在于，点火装药包括平均尺寸小于10微米的颗粒。
39.按照权利要求23、25、27或35中所述的引爆器，其特征在于，点火装药包括设在SCB上的粘接液滴。
40.按照权利要求39中所述的引爆器，其特征在于，液滴包括BNCP与一种胶粘剂的混合物。
41.按照权利要求23、25、27或35中所述的引爆器，其包括紧固到外壳中的引爆装置上的一个容器壳体，其特征在于，点火装药设在该容器壳体内。
42.一种组装起爆装置的方法，它包括：
把输出装药压进起爆装置外壳内；
以对于输出装药为信号传输关系把粉状的点火装药装进外壳中；
以与点火装药为引爆关系把电子引爆装置紧固在起爆装置外壳中；以及
以小于大约5880psi的作用力压实点火装药。
43.一种组装起爆装置的方法，它包括：
把输出装药压进起爆装置外壳内，该输出装药为一种爆燃到爆轰过渡(DDT)装药；
以小于大约5880psi的作用力把电子引爆装置压进点火装药中；
把点火装药紧固到引爆装置上；以及
以与DDT装药为信号传递关系把点火装药紧固在外壳中，而不进一步压实点火装药。
44.按照权利要求42或43中所述的方法，其包括用小于3000psi的作用力压实点火装药。
45.按照权利要求44中所述的方法，其包括用小于2000psi的作用力压实点火装药。
46.一种组装烟火输出引爆器的方法，它包括：
把烟火输出装药压进起爆装置外壳内；
以对于输出装药为信号传输关系把粉状的BNCP点火装药装进外壳中；
以与点火装药为引爆关系把电子引爆装置紧固在起爆装置外壳中；以及
以小于大约5880psi的作用力压实点火装药。
47.一种组装引爆器的方法，它包括：
把烟火输出装药压进一个外壳内；
以小于大约5880psi的作用力把电子引爆装置压进BNCP点火装药中；
把点火装药紧固到引爆装置上；以及
以与输出装药为信号传递关系把点火装药紧固在外壳中，而不进一步压实点火装药。
48.按照权利要求46或47中所述的方法，其包括用小于3000psi的作用力压实点火装药。
49.按照权利要求48中所述的方法，其包括用小于2000psi的作用力压实点火装药。
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