一种高顿感复合含能薄膜换能元件

本发明涉及火工品，尤其涉及一种高顿感复合含能薄膜换能元件。

背景技术：

1、火工品是装有火炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称。桥式火工品是使用最广泛的火工品，分为桥丝式、桥膜式。

2、随着桥式火工品与mems工艺的结合，桥膜式点火桥具有批量化、微型集成化、高安全、成本低等特点。根据桥膜式点火桥的材料可分为金属膜桥、半导体膜桥、复合含能薄膜桥，其中，复合含能薄膜点火桥是国内外薄膜点火桥的研究重点。

3、复合含能薄膜是指由纳米尺寸的颗粒镶嵌于某种薄膜材料中，或由单层膜厚在纳米量级的多层薄膜按照一定的厚度(通常满足某个化学反应计量比)，沿垂直于衬底方向周期性构成。该复合含能薄膜，单个周期性薄膜厚度范围为几纳米到几百纳米，总周期数从几到上百个，多层薄膜总厚度可达到几微米到几十微米。复合含能薄膜分为化学反应多层膜(如al/cuo、al/moo3、al/fe2o3等)和合金化反应多层膜(如al/ti、al/ni、b/ti等)，分别通过氧化还原反应和合金化反应释放热量。这两类复合含能薄膜在较低的能量输入下即可发生剧烈的放热反应，反应过程中伴随着等离子体的形成等，且能自蔓反应。另外目前研究趋饱和的复合反应薄膜通常是al体系，容易发生氧化，不耐高温、且不稳定，释放能量也不高。

4、因此，如何得到一种高顿感复合含能薄膜换能元件是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高顿感复合含能薄膜换能元件，用于解决上述技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高顿感复合含能薄膜换能元件，主要由含能薄膜、金属桥芯片、陶瓷电极塞和ntc热敏电阻组成；所述含能薄膜由al膜、cu膜和cuo膜复合而成；

4、所述金属桥芯片包含从下至上依次复合的al2o3陶瓷基底层、光刻胶层、ni-cr薄膜层和au焊盘层；

5、所述含能薄膜溅射在au焊盘层上。

6、进一步的，所述陶瓷电极塞呈圆柱形，所述圆柱形上表面和下表面均开设一个凹槽，上表面的凹槽用于封装金属桥芯片，下表面的凹槽用于封装ntc热敏电阻。

7、进一步的，所述陶瓷电极塞由陶瓷外壳和电极烧结而成。

8、进一步的，所述au焊盘层中间有凹槽，与ni-cr薄膜层共同组成金属桥桥区，所述金属桥桥区为双v型，角度为90°；

9、所述金属桥桥区的尺寸为：长455～465μm，宽225～230μm，厚0.80～0.85μm。

10、进一步的，所述金属桥芯片通过硅铝丝与电极连接，所述硅铝丝表面包覆有导电银浆。

11、进一步的，所述ntc热敏电阻通过环氧树脂胶附着于陶瓷电极塞下表面的凹槽中；

12、所述ntc热敏电阻通过焊锡片与电极连接。

13、进一步的，所述含能薄膜中，cu膜作为阻挡层设置在al膜和cuo膜之间；

14、所述al膜的厚度为80～100nm，cu膜的厚度为8～12nm，cuo的厚度为150～200nm；

15、所述含能薄膜的调制周期为238～312nm，周期数为10。

16、进一步的，所述金属桥芯片中，al2o3陶瓷基底层的厚度为500μm，光刻胶层的厚度为1～2μm，ni-cr薄膜层的厚度为0.80～0.85μm，au焊盘层的厚度为1～3μm。

17、进一步的，所述陶瓷电极塞上表面凹槽的深度为0.5～1mm，下表面凹槽的深度为0.5～1mm。

18、本发明的有益效果：

19、1、本发明提供的复合含能薄膜金属桥，相比于传统的金属桥，将磁控溅射沉积形成的复合含能薄膜层，取代了传统金属桥的第一级人工涂敷引爆药，更可控且安全。

20、2、通过设计调制周期与调制比，换能元件的输出能量可达到1mm间隙可靠点火的效果，最大火焰高度为5mm。

21、3、在al膜、cuo膜中间添加cu膜，可以抑制复合薄膜的性能老化，提高长贮后的火焰威力，延长贮存时间。

22、4、桥区并联ntc热敏电阻，可达到2a4w5min不发火，实现高钝感要求。

技术特征：

1.一种高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，主要由含能薄膜、金属桥芯片、陶瓷电极塞和ntc热敏电阻组成；所述含能薄膜由al膜、cu膜和cuo膜复合而成；

2.根据权利要求1所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述陶瓷电极塞呈圆柱形，所述圆柱形上表面和下表面均开设一个凹槽，上表面的凹槽用于封装金属桥芯片，下表面的凹槽用于封装ntc热敏电阻。

3.根据权利要求1或2所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述陶瓷电极塞由陶瓷外壳和电极烧结而成。

4.根据权利要求1所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述au焊盘层中间有凹槽，与ni-cr薄膜层共同组成金属桥桥区，所述金属桥桥区为双v型，角度为90°；

5.根据权利要求1或4所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述金属桥芯片通过硅铝丝与电极连接，所述硅铝丝表面包覆有导电银浆。

6.根据权利要求5所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述ntc热敏电阻通过环氧树脂胶附着于陶瓷电极塞下表面的凹槽中；

7.根据权利要求1所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述含能薄膜中，cu膜作为阻挡层设置在al膜和cuo膜之间；

8.根据权利要求1所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述金属桥芯片中，al2o3陶瓷基底层的厚度为500μm，光刻胶层的厚度为1～2μm，ni-cr薄膜层的厚度为0.80～0.85μm，au焊盘层的厚度为1～3μm。

9.根据权利要求2所述的高顿感复合含能薄膜换能元件，其特征在于，所述陶瓷电极塞上表面凹槽的深度为0.5～1mm，下表面凹槽的深度为0.5～1mm。

技术总结
本发明提供了一种高顿感复合含能薄膜换能元件，属于火工品技术领域。本发明的高顿感复合含能薄膜换能元件，主要由含能薄膜、金属桥芯片、陶瓷电极塞和NTC热敏电阻组成；所述含能薄膜由Al膜、Cu膜和CuO膜复合而成。本发明在Al膜、CuO膜中间添加Cu膜，可以抑制复合薄膜的性能老化，提高长贮后的火焰威力，延长贮存时间。金属桥芯片并联NTC热敏电阻，可达到2A4W5min不发火，实现高钝感要求。

技术研发人员：董晓芬,王凯炳,刘超,王端,王振,王兴宇
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2