一种含Al/PTFE的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法与流程

本发明涉及微型低能量点火和起爆技术领域，具体涉及一种含al/ptfe的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法。

背景技术：

低能量点火和起爆，是武器系统中实现点火和起爆的发展趋势。

爆炸箔起爆器(explodingfoilinitiator,efi)又叫冲击片雷管，通常由基片、爆炸桥箔、飞片层、加速膛和药剂组成，是一种极其安全可靠的点火和起爆装置，传统的efi，各组件采用人工手动对准安装，导致精度低且制备成本高，采用微机电系统(microelectromechanicalsystem,mems)工艺，集成批量化制备mcefi成为新的研究趋势。

然而，当前mcefi的发火(点火或者起爆)能量较高，由武器系统(如固体火箭发动机或者导弹引信等)所提供的能量又是极其有限的，因此如何降低mcefi的发火能量，在mcefi基础上制备低能量爆炸箔起爆器(lowenergyexplodingfoilinitiator,leefi)，成为当前和今后的研究热点。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种含al/ptfe的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含al/ptfe的微芯片爆炸箔起爆器，所述起爆器包括：

作为反射背板的基片；

al/ptfe双层复合含能薄膜层：置于基片之上，包括al金属层和ptfe层，其中al金属层设置在基片之上，包括焊盘、过渡区和桥箔，焊盘为两端最宽的部分，桥箔为中间最窄的部分，焊盘与桥箔通过逐渐变窄的过渡区相连；ptfe层设置在al金属层之上，沉积在桥箔上的ptfe层向过渡区部分延伸；

聚合物飞片层：设置在al/ptfe双层复合含能薄膜层之上；

加速膛：为一中空的圆柱，设置在聚合物飞片层之上，位于桥箔正上方，加速膛的膛孔直径大于或等于桥箔的边长；

药剂：置于加速膛的正上方。

所述基片为陶瓷、金属或玻璃。

所述聚合物飞片层为pc、pi或pmma。

所述加速膛的膛孔直径为al桥箔边长的1倍、倍或2倍。

所述药剂为点火药或高能猛炸药，形状为药柱或药片的形式，装药密度为理论密度的85％-95％。

所述焊盘尺寸为1.5-3mm×5mm-10mm，从桥箔到焊盘距离为5mm-6mm；ptfe层厚度为2μm-4μm；聚合物飞片层厚度为20μm-40μm；加速膛高度为0.4mm-0.8mm；药柱尺寸为直径3mm-5mm×高度3mm-5mm。

一种制备上述的一种含al/ptfe的微芯片爆炸箔起爆器的方法，所述方法采用微机电系统工艺，具体包括如下步骤：

步骤一，清洗基片；

步骤二，利用镀膜工艺制备al金属层；

步骤三，采用cvd、电子束蒸发或原位聚合方法制备ptfe层；

步骤四，采用cvd、电子束蒸发或原位聚合方法制备聚合物飞片层；

步骤五，制备加速膛：在飞片层上方、桥箔正上方，通过匀胶、前烘、曝光、后烘及显影的工艺制备加速膛；

步骤六，将经压药后的药剂置于加速膛正上方，即能制备出一种含al/ptfe的微芯片爆炸箔起爆器。

所述步骤一中清洗基片具体为在超声条件下，用去离子水、丙酮和乙醇依次对基片表面进行清洗，直至表面被洗净为止。

所述步骤二中的镀膜工艺具体为磁控溅射和湿法刻蚀工艺。

所述步骤五中，采用光刻工艺，使用su-8光刻胶在聚合物飞片层上方、桥箔正上方制备中空圆柱形的su-8胶加速膛。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明通过使用al/ptfe双层复合含能薄膜层，al与ptfe间的化学燃烧反应，进一步产生大量蒸汽和等离子体，增强了桥箔剪切及驱动飞片的能力，降低了微芯片爆炸箔起爆器的发火能量；

(2)本发明采用微机电系统(microelectromechanicalsystem,mems)工艺制备mcefi，可实现批量化生产，降低了制备成本，并且所得mcefi的集成度高、体积小。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明含al/ptfe的mcefi的立体图。

图2是本发明含al/ptfe的mcefi的俯视图。

图3是本发明含al/ptfe的mcefi的制备工艺流程示意图；其中(a)为基片主视图，(a′)为基片俯视图；(b)为制备al金属层之后的主视图，(b′)为制备al金属层之后的俯视图；(c)为制备ptfe层之后的主视图，(c′)为制备ptfe层之后的俯视图；(d)为制备聚合物飞片层之后的主视图，(d′)为制备聚合物飞片层之后的俯视图；(e)为制备加速膛之后的主视图，(e′)为制备加速膛之后的俯视图；(f)为放置药剂之后的主视图，(f′)为放置药剂之后的俯视图。

图4是本发明含al/ptfe的mcefi的发火电路连接示意图。

附图标记说明：

1-基片，2-al金属层，21-焊盘，22-过渡区，23-al桥箔，3-ptfe层，4-聚合物飞片层，5-加速膛，6-药剂。

具体实施方式

如图1-3所示，所述含al/ptfe的mcefi主要包括基片1、al/ptfe层、聚合物飞片层4、加速膛5和药剂6，药剂6之前的目标层都采用mems工艺制备：在基片上一体化制备出包含al/ptfe双层复合含能薄膜层、聚合物飞片层4、加速膛在内的集成芯片，再将药剂6置于加速膛5正上方即能制备出含al/ptfe的mcefi。所述焊盘21、过渡区22和al桥箔23可以采用磁控溅射镀膜等镀膜方法同时制备；所述ptfe层3采用cvd或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备；所述聚合物飞片层4应具有良好的抗拉性能，可以是pc或pi薄膜等，采用cvd或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备；所述加速膛5选用光敏材料，如su-8光刻胶，采用紫外光光刻工艺制备，加速膛5位于飞片层4上方、桥箔正上方，为一中空的圆柱，其膛孔直径为桥箔直径的1倍、倍或者2倍；所述药剂6可以是药柱或者药片的形式，装药密度为理论密度的90％-95％。所述mcefi可以用于直列式点火和直列式起爆领域。

结合图1至图3，所述一种含al/ptfe的mcefi主要包括基片1、al/ptfe双层复合含能薄膜层，包括焊盘21、过渡区22、al桥箔23和ptfe层3、聚合物飞片层4、加速膛5和药剂6。该mcefi的制备过程如下：

第一步，清洗基片1：在超声条件下，用去离子水、丙酮和乙醇依次对基片1表面进行清洗，直至表面被洗净为止。

第二步，制备al金属层：利用磁控溅射等镀膜工艺制备al金属层，包括金属焊盘21、过渡区22和桥箔23。所述焊盘21为两端最宽的部分，所述金属桥箔23为最窄的部分；从焊盘至桥箔之间的区域由逐渐变窄的过渡区连接，这有利于能量的汇聚，推进桥箔电爆炸形成蒸汽和等离子体。

第三步，制备ptfe层3：采用cvd或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备，为保证聚合物的粘附性，沉积在桥箔上的聚合物向过渡区部分延伸。

第四步，制备聚合物飞片层4：采用cvd或电子束蒸发或原位聚合等方法制备，材料为pc或者pi等。

第五步，制备加速膛5：在飞片层4上方、桥箔23正上方，通过匀胶、前烘、曝光、后烘及显影的工艺制备加速膛，为一中空的圆柱，加速膛起着约束及加速飞片的作用，其直径直接影响等离子体量及约束效果，根据研究膛孔直径为桥箔23直径的1倍(内切)、倍(外切)或者2倍(视为无限大)。

第六步，将经压药后具有一定密度的药剂6置于加速膛5正上方，即能制备出一种含al/ptfe的mcefi。

具体而言，al桥箔23在短脉冲大电流作用下，一方面被激发产生大量蒸汽和等离子体，另一方面al还能和上方ptfe发生化学燃烧反应，反应放出大量热，进一步增加了蒸汽和等离子体量。蒸汽和等离子体剪切聚合物飞片层4，并在加速膛5中驱动飞片。在出加速膛5口后，飞片具有较高的速度，为每秒数千米，高速飞片直接作用在具有一定密度的药剂6表面上，实现点火或者起爆功能。

实施案例

本实施案例是在制备mcefi的基础上设计了发火电路，结合图3和图4，包括以下步骤(注：图3中的左右两图分别为制备工艺过程的主视图和俯视图)：

第一步，见图3(a)和(a′)，对50.8mm(长)×50.8mm(宽)×0.635mm(高)的al2o3陶瓷基片1表面进行清洗。

第二步，见图3(b)和(b′)，采用磁控溅射和湿法刻蚀工艺在al2o3陶瓷基片1表面沉积al金属层，构成焊盘21、过渡区22和金属桥箔23。相关尺寸为：焊盘21宽5mm-10mm；从金属桥箔23到焊盘21距离为5mm-6mm；桥箔尺寸为0.4mm(长)×0.4mm(宽)×3.6μm(高)；焊盘21到金属层中间由逐渐变窄的过渡区22相连。

第三步，见图3(c)和(c′)，在金属桥箔23及部分过渡区22上，采用电子束蒸发及图形化工艺制备ptfe层3，厚度为2μm-4μm。

第四步，见图3(d)和(d′)，在ptfe层3上方，采用cvd制备pc聚合物飞片层4，厚度为20μm-40μm。

第五步，见图3(e)和(e′)，采用光刻工艺，使用su-8光刻胶在聚合物飞片层4上方、桥箔23正上方制备中空圆柱形的su-8胶加速膛5，直径为桥箔边长：0.4mm；高度为0.4mm-0.8mm。

第六步，见图3(f)和(f′)，在su-8胶加速膛5上采用胶带正对加速膛5紧贴钝感药柱，装药采用对短脉冲敏感的猛炸药六硝基芪-四型(hns-iv)，其装药密度取为理论密度1.74g/cm³的90％-95％，药柱尺寸为：4mm(φ)×4mm(h)，起爆能量约0.1j。

如图4所示，在mcefi的基础上设计了发火电路：将一种含al/ptfe的mcefi、高压电容和三电极气体开关组成串联电路，首先在mcefi两端的焊盘上通过电容施加主高压，然后通过对开关触发极(t)施加触发脉冲信号(另外，a代表开关阳极，k代表开关阴极)，从而导通1000v-1300v的主高压，回路中出现短脉冲大电流，即能完成起爆功能。