RU177296U1 - Воспламенитель на основе многослойных структур - Google Patents

Abstract

Техническое решение относится к области устройств воспламенения энергетических материалов и может быть использовано в газовых генераторах систем безопасности транспортных средств.Воспламенитель на основе многослойных структур содержит подложку с топологией и пленку многослойной структуры, состоящую из последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов, между которыми при пропускании электрического тока протекает экзотермическая реакция, причем топология выполнена в виде выступа и состоит из двух контактных площадок, проводника между контактными площадками, площадки для воспламенения энергетического материала и отвода между проводником и площадкой для воспламенения энергетического материала. Пленка многослойной структуры расположена над топологией, причем дорожка с контактными площадками выполнена с возможностью включения в электрическую цепь.Технический результат заключается в повышении надежности функционирования воспламенителя на основе многослойных структур без усложнения конструкции за счет использования пленки многослойной структуры, состоящей из слоев электропроводящих материалов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Техническое решение относится к области устройств воспламенения энергетических материалов и может быть использовано в газовых генераторах систем безопасности транспортных средств.

В настоящее время известно техническое решение, упомянутое в патенте на полезную модель «Инициирующее устройство» RU 145077 U1 (МПК F42B 3/10, опубл. 10.09.2014). В полезной модели описано инициирующее устройство, содержащее диэлектрическую подложку с низкой теплопроводностью, на одной из сторон которой сформирован нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, соединенный с контактами, и взрывчатое вещество. Нагревательный тонкопленочный резистивный элемент выполнен из титана с переменной шириной, уменьшающейся от центра нагревательного тонкопленочного резистивного элемента к контактам. При подаче напряжения на инициирующее устройство титан начинает плавиться в направлении от контактов, стягиваясь в каплю в центре подложки, и заполняет пустоты между частицами взрывчатого вещества. В результате чего увеличивается тепловой контакт между нагревательным тонкопленочным резистивным элементом и взрывчатым веществом и уменьшается с подложкой. Благодаря этому доля энергии, используемая для нагрева взрывчатого вещества, от общей энергии, выделяемой при охлаждении нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, сильно увеличивается, что повышает надежность работы инициирующего устройства.

Недостатками данного технического решения являются: использование в качестве материала тонкопленочного резистивного элемента только титана и требование непосредственного контакта взрывчатого вещества с резистивным элементом, в результате чего ограничивается выбор химически стойких проводящих материалов и, как следствие, уменьшается срок службы изделия, кроме того, площадь теплового контакта и передаваемой тепловой энергией между титаном и взрывчатым веществом ограничена количеством титана, используемого в тонкопленочном резистивном элементе, что ограничивает эффективность срабатывания инициирующего устройства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков (прототипом) полезной модели является техническое решение, упомянутое в патенте США «Reactive conductors for increased efficiency of exploding foil initiators and other detonators» №US9021954 (B2) (МПК F42B 3/12; F42B 3/13; F42B 3/18, опубл. 05.05.2015). В техническом решении описан воспламенитель, содержащий подложку, пленку многослойной структуры, состоящей как минимум из двух слоев, включая электрически проводящий и электрически непроводящий слои, которые при приложении достаточного количества электрической энергии начинают экзотермически реагировать между собой; и подвижную плоскую часть с непроводящей поверхностью, которая контактирует с проводником. В результате приложения достаточного количества электрической энергии к пленке многослойной структуры происходит быстрый разогрев и испарение хотя бы части слоя, что приводит к отделению сегмента подвижной плоской части от пленки, которая инициирует воспламенение энергетического материала кинетическим способом.

Недостатками данного технического решения являются: использование пленки многослойной структуры, состоящей как минимум из двух слоев, включая электрически проводящий и электрически непроводящий слои, в результате чего усложняется конструкция воспламенителя, так как требуется проведение дополнительных операций, чтобы обеспечить боковой контакт электропроводящего слоя со всеми слоями пленки для инициации экзотермической реакции в пленке, кроме того, использование кинетического способа воспламенения энергетического материала требует использования веществ, чувствительных к механическому воздействию, что ограничивает количество используемых энергетических материалов при использовании воспламенителя.

Задачей настоящего технического решения является разработка воспламенителя на основе многослойных структур с высокой степенью надежности работы.

Технический результат заключается в увеличении надежности функционирования воспламенителя на основе многослойных структур без усложнения конструкции, состоящей из слоев электропроводящих материалов.

Для достижения вышеуказанного технического результата воспламенитель на основе многослойных структур содержит подложку с топологией и пленку многослойной структуры, состоящую из последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов, между которыми при пропускании электрического тока протекает экзотермическая реакция, причем топология выполнена в виде выступа и состоит из двух контактных площадок, проводника между контактными площадками, площадки для воспламенения энергетического материала и отвода между проводником и площадкой для воспламенения энергетического материала. Пленка многослойной структуры расположена над топологией, причем дорожка с контактными площадками выполнена с возможностью включения в электрическую цепь.

От прототипа предлагаемое техническое решение отличается тем, что пленка многослойной структуры состоит из последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов, а топология выполнена в виде выступа и состоит из двух контактных площадок, проводника между контактными площадками, площадки для воспламенения энергетического материала и отвода между проводником и площадкой для воспламенения энергетического материала.

Использование пленки многослойной структуры, состоящей из последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов, позволяет посредством пропускания электрического тока инициировать экзотермическую реакцию в области проводника, которая распространяется по отводу к площадке для воспламенения энергетического материала и благодаря протеканию экзотермической реакции происходит разогрев и инициация энергетического материала в области площадки. Формирование топологии на подложке в виде выступа позволяет исключить проведение дополнительных технологических операций после осаждения пленки многослойной структуры на поверхность подложки, так как элементы топологии будут развязаны электрически с поверхность подложки за счет перепада высот. Надежность воспламенения энергетического материала обеспечивается за счет увеличенной площади контакта энергетического материала с пленкой многослойной структуры в области площадки для воспламенения энергетического материала, которая превышает площадь проводника как минимум в 10 раз.

В частных случаях выполнения технического решения проводник выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм.

В частных случаях выполнения технического решения отвод выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм.

В частных случаях выполнения технического решения пленка многослойной структуры может быть выполнена последовательным нанесением чередующихся слоев никеля и алюминия, или титана и алюминия, или платины и алюминия, или кобальта и алюминия толщиной от 5 до 200 нм.

В частных случаях выполнения технического решения толщина пленки многослойной структуры составляет от 5 до 200 мкм.

В частных случаях выполнения технического решения подложка содержит по меньшей мере один слой кремния и/или оксида кремния, и/или оксида алюминия.

В частных случаях выполнения технического решения топология выполнена в виде выступа высотой от 5 до 200 мкм.

В частных случаях выполнения технического решения площадка для воспламенения энергетического материала выполнена в виде овала или прямоугольника площадью от 0,01 до 500,00 мм².

Совокупность признаков, характеризующих техническое решение, позволяет повысить надежность функционирования воспламенителя и уменьшить число технологических операций после осаждения пленки многослойной структуры.

Техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - схема воспламенителя на основе многослойных структур, вид сверху;

на фиг. 2 - схема воспламенителя на основе многослойных структур, вид сбоку.

Воспламенитель на основе многослойных структур содержит подложку 1, контактные площадки 2, проводник 3, отвод 4, площадку для воспламенения энергетического материала 5, а также пленку многослойной структуры 6.

На подложке 1 сформирована топология, выполненная в виде выступа 7 и состоящая из двух контактных площадок 2, проводника 3 между контактными площадками 2, площадки для воспламенения энергетического материала 5 и отвода 4 между проводником 3 и площадкой для воспламенения энергетического материала 5 (фиг. 1). Формирование топологии в виде выступа 7 позволяет осаждать пленку многослойной структуры 6 на всю поверхность подложки 1, при этом сформированная топология в виде выступа 7 с пленкой многослойной структуры 6 развязаны электрически (фиг. 2). Контактные площадки 2 и проводник 3 образует единую электрическую цепь через пленку многослойной структуры 6.

Подложка 1 может быть выполнена по меньшей мере из одного слоя кремния и/или оксида кремния, и/или оксида алюминия, а на поверхности подложки 1 сформирована топология в виде выступа 7 высотой от 5 до 200 мкм.

Проводник 3 может быть выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм. Отвод 4 может быть выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм. Площадка для воспламенения энергетического материала 5 выполнена в виде овала или прямоугольника площадью от 0,01 до 500,00 мм².

Пленка многослойной структуры 6 может быть выполнена последовательным нанесением чередующихся слоев никеля и алюминия, или титана и алюминия, или платины и алюминия, или кобальта и алюминия толщиной от 5 до 200 нм, а суммарная толщина пленки многослойной структуры 6 составляет от 5 до 200 мкм.

Воспламенитель на основе многослойных структур работает следующим образом. При подключении контактных площадок 2 к источнику электричества через проводник 3 протекает электрический ток, который инициирует экзотермическую реакцию в области проводника 3. Экзотермическая реакция распространяется по отводу 4 к площадке для воспламенения энергетического материала 5 и благодаря протеканию экзотермической реакции происходит разогрев и инициация энергетического материала в области площадки 5.

Пример

Для формирования воспламенителя на основе многослойных структур на подложке из кремния осажден слой фоторезиста толщиной 2 мкм. Затем методом литографии сформирована топология в виде выступа 7 с применением реактивного ионного травления ("Bosch" процесс) высотой 20 мкм. Далее на всей поверхности подложки формируется пленка многослойной структуры толщиной 16 мкм последовательным нанесением чередующихся слоев никеля и алюминия толщинами 13 и 60 нм, соответственно, методом магнетронного распыления.

Claims (8)

1. Воспламенитель на основе многослойных структур, содержащий подложку с топологией и пленку многослойной структуры, причем пленка многослойной структуры расположена над топологией подложки, отличающийся тем, что пленка многослойной структуры выполнена из последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов, а топология выполнена в виде выступа и состоит из: двух контактных площадок, проводника между контактными площадками, площадки для воспламенения энергетического материала и отвода между проводником и площадкой для воспламенения энергетического материала, причем дорожка с контактными площадками выполнена с возможностью включения в электрическую цепь.

2. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что проводник выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм.

3. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что отвод выполнен в виде меандра или прямоугольника шириной от 10 до 500 мкм и длиной от 0,1 до 2,0 мм.

4. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что пленка многослойной структуры выполнена последовательным нанесением чередующихся слоев никеля и алюминия, или титана и алюминия, или платины и алюминия, или кобальта и алюминия толщиной от 5 до 200 нм.

5. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что толщина пленки многослойной структуры составляет от 5 до 200 мкм.

6. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что подложка содержит по меньшей мере один слой кремния и/или оксида кремния, и/или оксида алюминия.

7. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что топология выполнена в виде выступа высотой от 5 до 200 мкм.

8. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что площадка для воспламенения энергетического материала выполнена в виде овала или прямоугольника площадью от 0,01 до 500 мм².

Images