低成本爆炸箔起爆器系统技术研究.pdf

第4 9 卷第4 期爆破器材 V 0 1 ．4 9N o ．4 2 0 2 0 年8 月E x p l o s i v eM a t e r i a l s A u g ．2 0 2 0 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 2 0 ．0 4 ．0 0 3 低成本爆炸箔起爆器系统技术研究来 刘鹏①汪柯①朱朋①②徐聪① 赵双飞① 简昊天① 沈瑞琪①② ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②微纳含能器件．x - Z 和信息化部重点实验室 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要]为了开发适用于民用爆破的低成本爆炸箔起爆器系统，以高压开关为切人点开展研究，设计、制作了基 于串联陶瓷气体放电管的低成本高压开关，并结合前期研制的低成本集成爆炸箔芯片和微流控重结晶六硝基芪 H N S 炸药技术，开展了爆炸箔电爆特性、电爆炸等离子体驱动飞片、飞片冲击起爆H N S 炸药等研究。研究结果 表明低成本爆炸箔起爆器系统可以在0 ．3 0 斗F 、1 ．5k V 条件下成功起爆细化H N S 炸药。为爆炸箔起爆器系统技 术在民用爆破领域的应用提供了技术支撑。 [ 关键词]民用爆破器材；低成本；串联陶瓷气体放电管；爆炸箔起爆器 [ 分类号] T J 5 1 ；T J 4 5 L o w - c o s tE x p l o d i n gF o i lI n i t i a t o rS y s t e mT e c h n o l o g y L I UP e n g ①，W A N GK e ①，Z H UP e n g ①②，X UC o n g ①，Z H A OS h u a n g f e i ①，J I A NH a o t i a n ①，S H E NR u i q i ①② ①S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ②M i c r o ．N a n oE n e r g e t i cD e v i c e sK e yL a b o r a t o r y ，M i n i s t r yo fI n d u s t r ya n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] I no r d e rt o d e v e l o pal o w c o s te x p l o d i n gf o i li n i t i a t o rs y s t e ms u i t a b l ef o ri n d u s t r i a le x p l o s i v em a t e r i a l s ， t h eh i g h - v o l t a g es w i t c hw a st a k e na s ak e yc o m p o n e n tt od e s i g na n dm a n u f a c t u r eal o w - c o s th i g h v o h a g es w i t c hb a s e do na s e r i e sc e r a m i cg a sd i s c h a r g et u b e ．I nt h ee a r l ys t a g e ，t h ei n t e g r a t e de x p l o d i n gf o i lc h i pa n dm i c r o f l u i d i cr e c r y s t a l l i z a t i o n H N Se x p l o s i v et e c h n o l o g i e sw e r ec o m p l e t e d ．O nt h e s eb a s e s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fe x p l o d i n gf o i le l e c t r i ce x p l o s i o n ，e l e c t r i c e x p l o s i o np l a s m a d r i v e nf l y e r ，a n df l y e ri m p a c ti n i t i a t i o no fH N Se x p l o s i v e sw e r ec a r r i e do u t ．R e s u hs h o w st h a tt h el o w - c o s t e x p l o d i n gf o i li n i t i a t o rs y s t e mc a ns u c c e s s f u l l yd e t o n a t eH N Se x p l o s i v e sa t0 ．3 0 斗Fa n d1 ．5k V ，w h i c hp r o v i d e st e c h n i c a l s u p p o r tf o rt h ea p p l i c a t i o no fe x p l o d i n gf o i l i n i t i a t o rs y s t e mi ni n d u s t r i a le x p l o s i v em a t e r i a l s ． [ K E Y W O R D S ] i n d u s t r i a le x p l o s i v em a t e r i a l s ；l o w c o s t ；s e r i e sc e r a m i cg a sd i s c h a r g et u b e ；e x p l o d i n gf o i li n i t i a t o r 引言 民用爆破领域 如石油射孑L 、开山劈路、水利工 程和地质探矿等 大多采用普通电雷管作为起爆元 件。雷管中含有比较敏感的起爆药或点火药．在储 存、运输和使用等过程中，容易受到射频、静电等杂 散电流的影响意外发火，造成人员伤害及财产损 失[ 1 ] 。爆炸箔起爆器 e x p l o d i n gf o i li n i t i a t o r ，E F I ． 也称为冲击片雷管 s l a p p e rd e t o n a t o r ，是将电能转 换为飞片动能，进而直接冲击起爆六硝基芪 H N S 钝感炸药的一种高安全、高可靠性火工品[ 2 _ 3 ] 。爆炸 箔起爆器系统主要包括高压电容、高压开关和爆炸 箔起爆器3 个核心组件。其中，高压电容是已经比 较成熟的低成本商用器件；高压开关主要用的是冷 阴极触发管，价格在几千元到上万元不等；爆炸箔起 爆器由爆炸桥箔、聚合物飞片、加速膛和H N S 药柱 等分立器件经手工装配而成，价格在几千元不等。 因此．传统的爆炸箔起爆器系统价格高昂．只适用于 高价值武器。 针对此问题。开展了适用于民用爆破的低成本 爆炸箔起爆器系统的技术研究。低成本爆炸箔起爆 器系统包括高压电容、高压开关、集成爆炸箔芯片和 H N S 炸药等。高压电容是已经比较成熟的低成本商 崇收稿日期2 0 2 0 - 0 3 - 3 0 基金项目江苏省自然科学基金 B K 2 0 1 5 1 4 8 6 第一作者刘鹏 1 9 9 6 一 ，男，硕士研究生，主要从事脉冲功率技术研究。E - m a i l L i u P e n 9 3 0 3 n j u s t ．e d u ．c n 通信作者朱朋 1 9 7 8 一 ，男，副研究员，博导，主要从事先进火工品、微流控和含能材料研究。E - m a i l z h u p e n g n j u s t ．e d u ．c n 万方数据 爆破器材第4 9 卷第4 期 用器件。本文中，主要针对高压开关、集成爆炸箔芯 片和H N S 炸药3 个关键组件开展研究。以高压开 关为切入点，设计、制作基于串联陶瓷气体放电管的 低成本高压开关，研究其电气特性。在此基础上，结 合前期已完成的低成本集成爆炸箔芯片和微流控重 结晶H N S 炸药技术，开展爆炸箔电爆特性、电爆炸 等离子体驱动飞片、飞片冲击起爆H N S 炸药验证等 研究。 1低成本爆炸箔起爆器系统关键组件 低成本爆炸箔起爆器系统的结构如图1 所示。 主要由高压电容、高压开关、爆炸箔芯片和H N S 炸 药组成。其作用过程为高压开关接到起爆指令后 迅速闭合，高压电容放电，在放电回路中产生脉冲大 电流当脉冲大电流经过爆炸箔芯片时，使金属桥箔 发生电爆炸，产生高温高压等离子体；等离子体在加 速膛的约束下剪切并驱动飞片达到数千米每秒的速 度高速飞片冲击起爆H N S 炸药，使H N S 炸药发生 爆炸并引发下一级装药。 卜l 斛纷 ．．．． 6 1 ．．．．．．．．_ J I ．．．．．一 1 一H N S 炸药2 一加速膛3 一飞片；4 一爆炸桥箔； 5 一爆炸箔芯片；6 一高压电容；7 一高压开关． 图1低成本爆炸箔起爆器系统结构示意图 F i g ．1 S t r u c t u r a lr e p r e s e n t a t i o no fl o w c o s t e x p l o d i n gl o i l i n i t i a t o rs y s t e m 1 ．1 基于串联陶瓷气体放电管的高压开关 高压开关是爆炸箔起爆器系统的关键组件，直 接决定着起爆回路的输出特性，影响起爆器的发火 性能。目前，国内外主要使用的是立体式火花隙三 电极结构的气体开关、真空开关和晶闸管 M C T 半 导体开关。4 I 。3 种类型的开关均能满足爆炸箔起爆 器的要求，只是价格偏高。近年来，随着微加1 二技术 的发展．国内外学者开展了平面高压开关技术研究， 以降低高压开关成本、提高爆炸箔起爆器系统的集 成度．但平面高压开关及其相关技术还处在研究阶 段i5 引。 陶瓷气体放电管 g a sd i s c h a r g et u b e ，G D T 是基 于气体间隙放电的商用高功率电子器件，具有响应 速度快、耐大电流冲击、性能稳定、重复性好和寿命 长等特点。，放电管内部充有氖气等惰性气体，有两 个带间隙的金属电极，主要用于高功率电子、电工设 备的过电压保护，技术成熟、价格低廉。7 1 。本文中， 以商用G D T 为对象，研究其电气性能，验证将其在 低成本爆炸箔起爆器系统中应用的可行性。考虑到 爆炸箔起爆系统一般的放电电压在1 ～2k V ，使用 的G D T 选择6 0 0V 和18 0 0V 击穿电压，理论上此 开关的放电电压可调范围为6 0 0 ～18 0 0V 。G D T 主 要性能参数见表1 。 表1G D T 性能参数 T a b ．1P e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fG D T 气体放电管的T 作原理为当放电管两极之问 施加一定电压时，便在极问产生不均匀电场，在此电 场作用下，管内气体开始游离，当外加电压增大到使 极问场强超过气体的绝缘强度时，两极之间的间隙 将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状 态’8 1 。将两个G D T 串联起来，击穿电压较低的一段 作为阳极．另一端作为阴极，中问为触发极，则构成 了一个低成本的j 电极高压开关。开关未导通时， 主电极之I 日q D H 有高压；当需要开关导通时，则在触发 极上施加触发电压，触发极与阴极之间形成高的击 穿场强，使之击穿导通，进而使得整个开关导通。 1 ．2 爆炸箔芯片 爆炸箔芯片 n l i c r oc h i pe x p l o d i n gf o i li n i t i a t m ’， M c E F I 主要包括基片、桥箔、飞片和加速膛。作为 爆炸箔起爆器的换能器件，M c E F I 决定了其电能转 换为飞片动能的效率，直接影响着飞片冲击点火与 起爆的性能。 早期爆炸箔起爆器的桥箔、飞片及加速膛等均 为分立元件，采用人T 安装对准，所以加T 精度低、 生产效率低且生产成本高。随着微机电系统 m i c r o e l e c t r o m e c h a n i e a ls y s t e m ，M E M S 及低温共烧陶瓷 1 0 wt e m p e r a t u r e o f i r e dc e r a m i e s ，L T C C T 艺应用 于爆炸箔起爆器，实现了爆炸箔的芯片化；这提高了 加T ．精度、生产效率，降低了制造成本，具有显著的 规模效益。 1 ．2 ．1基于M E M S 工艺的M c E F I M E M S 技术是集微机械与微电子于一体的微型 万方数据 低成本爆炸箔起爆器系统技术研究刘鹏，等 机电器件或系统，主要由微传感器、微执行器、微电 路和电源组成。通常采用与集成电路兼容的工艺制 造，具有体积小、质量轻和可批量化生产等特征_ 9 j 。 基于M E M S 工艺制作的爆炸箔芯片工艺流程 如下采用陶瓷做爆炸箔基底，利用磁控溅射法制作 c u 桥箔、化学气相沉积法制作P c p a r y l e n eC ，聚对 二甲苯 ／c u 复合飞片，最后光刻s u 一8 胶或S U E X 干膜制作加速膛。爆炸箔芯片结构见图2 。 l 一爆炸桥箔；2 一加速膛；3 一复合飞片。 图2 爆炸箔芯片结构 F i g ．2 S t r u c t u r a lr e p r e s e n t a t i o na n dp h o t oo fM c E F I 1 ．2 ．2 基于L T C C 工艺的M c E F I L T C C 技术是集互联、无源元件和封装于一体 的多层电路印制板技术。其技术特征和基本原理是 将多层陶瓷元件技术与多层电路图形技术相结合， 以玻璃、陶瓷等材料作为电路的介电层，应用A u 、 A g 、C u 等高导电率金属当做内、外层电极材料，以平 行印刷方式印制电路。在低于金属熔点约10 0 0 ℃ 的烧结炉中烧结成陶瓷元件或基板。以L T C C 技术 设计、制作的爆炸箔芯片的结构与实物如图3 所 示m ⋯。 2G D T 高压开关电气性能研究 2 ．1 放电回路设计 如图4 所示，设计制作了基于G D T 高压开关的 电容放电回路 c a p a c i t o rd i s c h a r g eu n i t ，C D U ，进行 短路放电试验，研究G D T 高压开关的电气性能。针 对爆炸箔起爆器使用电压一般在1 ～2k V 之间．选 取直流击穿放电电压为6 0 0V 和18 0 0V 的气体放 电管串联组成三电极高压开关。爆炸箔用高压电容 根据电介质的种类可以分为薄膜电容、陶瓷电容以 及纸介电容。考虑到体积、电容以及放电性能等因 素，采用高压陶瓷电容作为放电电容。 2 ．2C D U 固有电感和电阻 G D T 高压开关用于C D U 时，需要验证的关键电 气性能参数主要包括开关的延迟时间￡。、电流上升 时间t 。、电流上升率d i ／d t 、峰值电流，。电气性能 r o 甘 l 卜一，。一 1 一焊盘2 一装药腔；3 一加速膛； 4 一爆炸桥箔；5 一基板。 a 结构 单位I Y l m b 实物 图3L T C C 爆炸箔芯片的结构与实物 F i g ．3 S t r u c t u r a lr e p r e s e n t a t i o na n d p h o t oo fL T C C M c E F I 1 一气体放电管2 一M c E F I ；3 一电容。 图4 基于G D T 高压开关的电容放电回路 F i g ．4C a p a c i t o rd i s c h a r g eu n i tb a s e do nG D T 试验原理如图5 所示。其中，c 为高压储能电容；L 为主回路等效电感，主要包括传输线电感和引线分 布电感；R 为主回路等效电阻，主要包括传输线电阻 以及G D T 导通电阻。 图5电气性能试验原理图 F i g ．5 S c h e m a t i cd i a g r a mo fe l e c t r i c a lp e r f o r m a n c et e s t T I 暑I 上 万方数据 1 6 爆破器材 第4 9 卷第4 期 放电过程符合基尔霍夫回路方程”1 2 1 l Lf f ∥d L 警 [ ‰ 脚 ] ， U o 。 1 式中C 为放电电容；，为回路电流；￡为线路等效电 感；R 为起爆回路初始电阻；尺 t 为电爆炸过程中 动态电阻；U o 为初始充电电压。 回路中的初始电阻和等效电感可以根据经验式 2 和式 3 计算[ ”j ，’r， R i ／bI n 等； 2 』】1 2 n 】a 1 俨， ￡ 爿4 耵2 I n 竽 2 ] 一。 3 b 』2 n l a 。 式 2 和式 3 中E 为起爆回路短路放电周期； 1 m a x 为最大峰值电流；k 。、为第二大峰值电流。 为了对比电容和放电电压对C D U 放电特性的 影响，分别对0 ．1 0 、0 ．1 5 、0 ．2 2 、0 ．3 0 斗F 和0 ．4 0 F 5 种电容与G D T 三电极开关集成的C D U 回路进行 了短路放电测试，利用罗果夫斯基电流环采集回路 中的电流信号。0 ．3 0 F 电容在不同放电电压下短 路，放电曲线如图6 所示。可知在同一电容下，随着 放电电压增加，回路峰值电流也增加，但回路峰值电 流上升时间基本重合。 将数据带入式 2 和式 3 ，计算每个电压下同 一个C D U 的电感和电阻．再计算得到不同电容回路 图60 ．3 0 F 电容的放电电流曲线 F i g ．6 C u r r e n tc h a r a c t e r i s t i cc l l r v e s o f0 ．3 0 Fc a p a c i t o r 的电感和电阻的平均值、标准偏差与标准偏差系数． 结果如表2 所示。从表2 可知，除了电容为0 ．1 0 斗F 的回路，其余回路平均电感均为三十几纳亨，平 均电阻也在一百毫欧附近。其中，0 ．3 0I x F 和0 ．4 0 F 电容回路的电感标准偏差与标准偏差系数均大 大低于其他电容。 2 ．3 开关电流上升时间 定义回路电流从0 到第一峰值之间的延迟时间 为电流上升时间f 。，第一峰值电流的1 0 ％到9 0 ％时 间段内对应的电流变化量为电流上升率．放电周期 r 近似为相邻电流峰值之间的时间差。各参数与时 间的关系如图7 所示。 I 羽7开关电流上升时f 司 F i g ．7 R i s et i m eo ft h es w i t c h 在1 ．7k V 工作电压下，测试对比不同电容条件 下开关的电流上升时间、上升率及周期变化情况，得 到数据如表3 所示。从表3 可知，在放电电压相同 的情况下，峰值电流、电流上升时间、电容放电时间 均随着电容增大而增大。 2 ．4 开关延迟时间 开关延迟时间是关乎开关稳定性的重要指标。 图8 给出了在测试中测量的两个延迟时间定义触 发极、阳极电流延迟 t h et r i g g e ra n o d e c u r r e n td e l a y t 加，是从给出触发脉冲信号到阳极电流开始的时 间；而t Ⅷ，是从触发极断开到阳极电流开始的延 迟时间。其中，触发极断开表示触发极与相邻电极之 表2不同电容下计算所得C D U 的电感与电阻 T a b ．2 C a l c u l a t i o no fi n d u c t a n c ea n dr e s i s t a n c eo fC D Uc i r c u i tw i t hd i f f e r e n tc a p a c i t a n c e 万方数据 2 0 2 0 年8 月低成本爆炸箔起爆器系统技术研究刘鹏，等 1 7 表3不同电容下测试所得C D U 回路的放电特征参数 T a b ．3 T e s t i n gr e s u l t so fd i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so fC D U c i r c u i tw i t hd i f f e r e n tc a p a c i t a n c e 图8开关的延迟时间不意图 F i g ．8 S c h e m a t i cd i a g r a mo fd e l a yt i m eo fs w i t c h 间电击穿引起的触发电压的突然下降。但有时候触 发电压不会突然下降，导致t 伽的定义不明确。因 为从系统角度来看，t 。。才是测量延时精度的参 数㈨。 选取0 ．3 0I x F 电容，测试C D U 在不同放电电压 下的开关触发延迟时间t 。。。如图9 所示，放电电压 以0 ．1k V 的步长从1 ．3k V 升至1 ．8k V ，每个步长 测试6 次，得到t ．。的平均值为2 6 1 ．5 5n s ，标准偏差 为2 2 ．4 2n S 。 一● ● ●● 。， o I t l ．●0 0 ●●●◆ 妒0 ◆◆● ．◆ 一● ● ◆ ●● 一 一 1 3 0 01 4 0 01 5 0 01 6 0 01 7 0 01 8 0 0 U ／V 图9 开关触发延迟时间数据图 F i g ．9 D a t eg r a p ho fs w i t c hd e l a yt i m e 从图9 可知，在1 ．3 ～1 ．6k V 之间，开关的触发 延迟时间整体上不随放电电压的改变而改变，基本 上维持在2 6 0n s 左右；在放电电压升至1 ．7k V 和 1 ．8k V 时。延迟时间出现了较大的波动。 3基于G D T 高压开关的M c E F I 电 爆炸特性 将基于M E M S 工艺制造的M c E F I 连接到C D U 中．研究其电爆炸特性H5 I 。 由表2 可知，0 ．3 0t x F 电容与G D T 高压开关组 成的C D U 电感和电阻较小，故选用0 ．3 0I x F 电容； 同时，选用0 ．2 2 F 电容作为参比。微型爆炸箔芯 片桥箔尺寸为0 ．4m m ￡ X0 ．4h i m W 3 ．6 m 日 ，材料为c u 。采用高压探头采集爆炸箔两端电 压，采用罗果夫斯基电流环采集电流，测试1 ．3 、1 ．5 k v 和1 ．7k v 放电电压下爆炸箔的电爆炸性能参 数，如表4 所示。其中，1 ．7k V 放电电压下回路电 流、桥箔两端电压、桥箔爆发功率曲线如图1 0 所示。 爆炸箔的能量利用率按照式 4 计算 叼警。 ㈩7 72 万面『_ 一。 4J 式中h t 为爆发点时刻[ 1 6 ] ，即桥箔峰值电压时刻；C 为电容；U o 为发火电压。 结合图1 0 和表4 可知．随着发火电压的升高， 桥箔电爆炸峰值电流、峰值电压均得到增大。电爆 炸能量利用率均在2 0 ％左右，且随着发火电压的升 高而减小。理想状态下，峰值电流时刻应尽量接近 峰值电压时刻，以保证桥箔电爆炸时功率最大。从 图1 0 可知，峰值电流均略微滞后于峰值电压．间隔 时间在5 0n s 左右，说明桥箔爆炸时间均处于电流 下降阶段，导致桥箔的能量利用率偏低。 4 电爆炸等离子体驱动飞片速度特性 飞片的速度和完整性是冲击起爆的关键指标。 使用课题组自主研发的光子多普勒测速 p h o t o n i c D o p p l e rv e l o m e t e r ，P D V 系统研究了桥箔电爆炸等 离子体驱动飞片特性。 万方数据 - 1 8 爆破器材 第4 9 卷第4 期 之 幽 御 警 爝 御 b 0 ．3 0 F 图1 0 1 ．7k v 电压下爆炸箔电压、电流、功率曲线 F i g ．10V o l t a g e ，c u r r e n ta n dp o w e rc u r v e s o fE F Iu n d e r1 ．7k V 爆炸箔桥区尺寸0 ．4I n n l L 0 ．4i n n l W 3 ．6 斗m H ，飞片由2 5 斗mP C 、2 mC u 和1 0 0n m A u 组成，加速膛为圆形，9 0 ．6m m ，H 0 ．4m m 。 使用P D V 速度测试系统测试电容0 ．2 2I x F 和0 ．3 0 “F 的C D U 在不同发火电压下飞片的实时速度。通 过描点、积分处理后，可得到如图1 1 所示的飞片速 度一时问曲线与位移．时间曲线。 由图1 1 可知，飞片的加速度和最终速度均随着 发火电压的升高而增大。在加速过程的前1 0 0n s 内，飞片速度急速增加；在1 0 0n s 之后，飞片加速出 现拐点，加速度明显减小；之后缓慢加速，达到速度 最大值。 图1 1飞片速度一时间曲线与位移．时间曲线 F i g ．11V e l o c i t y t i m ec u r v e sa n dd i s p l a c e m e n t t i m e c u r v e so ff l y e r 分析认为，在拐点之前，电爆炸产生的冲击波和 电爆炸产物共同在加速飞片，所以加速度比较大；拐 点之后，由于飞片背面稀疏波的影响。冲击波明显减 弱，主要是电爆炸产物在加速，加速度比较小，飞片 速度趋于平缓。 放电电压、电容对应的飞片速度特征参数如表 5 所示。由表5 可知，电容为0 ．2 2 恤F 、放电电压为 1 ．3k V 和1 ．5k V 时，飞片达到最大速度的位移均 小于加速膛的高度H 0 ．4m m ．说明飞片可以以最 大速度撞击炸药而当放电电压为1 ．7k V 、以及电 容为0 ．3 0t x F 时，飞片在出加速膛口时尚未达到最 大速度，仍处于加速阶段。 万方数据 2 0 2 0 年8 月低成本爆炸箔起爆器系统技术研究刘鹏，等 1 9 5 微流控重结晶H N S 炸药 H N S 炸药是一种直列式许用传爆药。细化后 的H N S 对短脉冲冲击敏感，可用于爆炸箔直列式点 火与起爆。微流控技术具有混合效率和传质传热速 率高、反应液消耗低、反应条件可以精确控制等优 势，可以用于制备窄粒径分布的微纳米H N S 炸 药㈩。 笔者前期组建了一种基于振荡涡流混合芯片的 桌面式微流控重结晶H N S 系统，体积小、价格低、易 于操作。 微流控装置的基本组成如图1 2 所示。 网1 2 微流控装置示意图 F i g ．12 S t r u c t u r a lr e p r e s e n t a t i o no fm i e r o f l u i d i ep l a t f o r m 将H N S 原料溶解于二甲基亚砜溶剂内，置于注 射器中，由注射泵驱动，流速设置为1 ．8m L ／m i n 。 表面活性剂溶解于去离子水中，形成非溶剂溶液，质 量分数为0 ．5 ％；将非溶剂溶液置于储液罐中，调节 氮气瓶产生的压力，控制流速。压力驱动非溶剂流 向振荡发生器，并从振荡发生器流向涡流混合芯片。 同时开启注射泵开关，驱动注射器中溶剂沿连接组 件向涡流混合芯片输送。溶剂和非溶剂在涡流混合 芯片中接触并快速混合，形成乳白色H N S 悬浮液。 将H N S 悬浮液洗涤、抽滤、干燥，可获得图13 所示 图1 3H N S 炸药的S E M 图 F i g ．1 3 S E Mi m a g eo fH N S 的D ；。 2 6 5n m 的H N S 炸药。 将微流控重结晶的H N S 炸药压装成尺寸为⑦4 m l T l 4m i l l 、装药密度为1 ．6 0g ／c m 3 的药柱，进行无 约束的冲击起爆试验。在0 ．3 0 F 、1 ．5k V 发火条 件下，系统可以成功起爆H N S 炸药，对应的飞片速 度为34 7 6m ／s 。 6结论 本文中，研究了一种适用于民用爆破的低成本 爆炸箔起爆器系统。分别掌握了G D Ti 电极高压 开关的电气性能、爆炸箔芯片的集成设计与批量制 造方法、纳米H N S 炸药的微流控重结晶方法。在此 基础上，研究了爆炸箔起爆器系统的发火性能。结 果表明，该系统可以在0 ．3 0 F 、1 ．5k V 条件下成功 起爆D 。。 2 6 5i l m 的H N S 炸药。 G D T 主要用于高功率电子、电工设备的过电压 保护，技术成熟、价格低廉；爆炸箔芯片由于采用 M E M S 工艺，可以实现低成本批量制造桌面式微流 控重结晶H N S 系统的体积小、价格低、易于操作，可 以实现纳米H N S 炸药的低成本制造。 验证了低成本爆炸箔起爆器系统技术的可行 性，为其在民用爆破领域的应用提供了有力的技术 支撑。 万方数据 2 0 ‘ 爆破器材 第4 9 卷第4 期 参考文献 [ 1 ]张脉全，朱元飞，张林，等．射孔作业中爆炸飞片 E F I 雷管的研究与应用[ J ] ．石油仪器，2 0 1 4 ，2 8 6 7 6 - 7 7 ，8 0 ． Z H A N GMQ ，Z H UYF ，Z H A N GL ，e ta 1 ．R e s e a r c h a n da p p l i c a t i o no fe x p l o s i v ef l y e r E F I d e t o n a t o ri np e r - f o r a t i o n [ J ] ．P e t r o l e u mI n s t r u m e n t s ，2 0 1 4 ，2 8 6 7 6 7 7 ．8 0 ． [ 2 ] 尹强，耿春余．冲击片雷管研究与发展[ J ] ．探测与 控制学报，2 0 0 5 ，2 7 4 8 - 1 1 ，1 5 ． Y I NQ ，G E N GCY ．R e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fs l a p - p e rd e t o n a t o r [ J ] ．J o u r n a lo fD e t e c t i o n ＆C o n t r o l ，2 0 0 5 ， 2 7 4 8 1 1 ，1 5 ． [ 3 ] 杨智，朱朋，徐聪，等．微芯片爆炸箔起爆器及其平 面高压开关研究进展[ J ] ．含能材料，2 0 1 9 ，2 7 2 1 6 7 ．1 7 6 ． Y A N GZ ，Z H UP ，X UC 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