专利摘要

专利摘要

本发明提供了一种高能量输出的氢爆膜桥及其制备方法，属于火工品技术领域。所述氢爆膜桥自下而上依次为基片、桥区薄膜层和保护层，所述桥区薄膜层为储氢薄膜。本发明选择储氢薄膜作为冲击片雷管的膜桥材料，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量作用下发生等离子爆炸，同时由于膜桥中含有大量氢，储氢薄膜自身也会发生氢爆；因此，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量的作用下会同时发生等离子爆炸和氢爆，极大地提高了该过程的单位能量输出和能量转换效率，提升了爆炸箔的可靠性和稳定性，并有效降低了起爆能量和起爆电压。

权利要求

1.一种高能量输出的氢爆膜桥，其特征在于，所述氢爆膜桥自下而上依次为基片、桥区薄膜层和保护层，所述桥区薄膜层为储氢薄膜，所述储氢薄膜为Ti/Mo、Ti/Fe、Ti/Ni、Mg/Al、Mg/Ni、Mg/Pd、Zr/Co或Zr。

2.根据权利要求1所述的高能量输出的氢爆膜桥，其特征在于，所述基片为陶瓷基底、硅基底或者玻璃基底；所述保护层材料为Ta、Mo或Cr。

3.根据权利要求1所述的高能量输出的氢爆膜桥，其特征在于，所述储氢薄膜的厚度为0.1～5μm，所述保护层的厚度为0.01～5μm。

4.一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、采用磁控溅射法在基片上形成储氢薄膜；

步骤2、采用磁控溅射法在步骤1得到的储氢薄膜上形成保护层；

步骤3、将步骤2得到的带储氢薄膜和保护层的基片放置于气体吸附仪中，抽真空至5×10-4Pa以下，然后加热基片至20～1000℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5kPa ～5MPa，在温度为20～1000℃、氢气气压为0.5kPa ～5MPa的条件下，保持0.5～100h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

5.一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、清洗基片：将基片依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，烘干，待用；

步骤2、采用磁控溅射法在步骤1清洗干净的基片上沉积MgAl薄膜作为储氢薄膜；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为惰性气体，溅射时间为40～120min，得到的MgAl薄膜的厚度为0.1～5μm；

步骤3、采用磁控溅射法在步骤2得到的储氢薄膜上沉积一层Ta薄膜，作为保护层；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为惰性气体，溅射时间为40～120min，得到的Ta薄膜的厚度为0.01～5μm；

步骤4、将步骤3得到的带储氢薄膜和保护层的基片取出，依次在丙酮和去离子水中清洗，烘干；

步骤5、储氢薄膜的加氢反应：将步骤4烘干后的样品放置于气体吸附仪中，抽真空至5×10-4Pa以下，然后加热基片至20～1000℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5kPa ～5MPa，在温度为20～1000℃、氢气气压为0.5kPa ～5 MPa的条件下，保持0.5～100h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

说明书

技术领域

本发明属于火工品技术领域，涉及一种冲击片雷管用爆炸箔，具体涉及一种高能量输出的氢爆膜桥及其制备方法。

背景技术

冲击片雷管作为各类点火起爆装置中的关键换能元件，被广泛应用于航空、航天、导弹发射、矿山爆破等军用和民用领域。传统的冲击片雷管主要包括爆炸箔、飞片、加速膛以及炸药柱等，如图1所示。其中，爆炸箔在爆炸过程中起着将激励能量(电能、脉冲激光、冲击波等)转换为飞片动能的作用，是冲击片雷管的关键元件，其工作原理是爆炸箔材料在激励能量作用下发生相变，由固态转变为等离子态，相变生成的等离子体剪切并加速飞片材料，使得飞片以极高的速度撞击火药，实现冲击片雷管的点火起爆功能。

目前，爆炸箔通常采用金属Cu作为桥区薄膜材料，该材料易在高电场作用下发生电爆产生等离子体，但单一的铜爆炸桥存在能量转换率较低、能量输出不高等问题。为此，国内外研究人员尝试在Cu爆炸箔上集成含能反应多层薄膜，如Al/Ni、Al/CuO、B/Ti等，利用含能薄膜反应过程中释放的化学能量，实现电能和化学能相结合提高爆炸桥的能量密度，增强爆炸箔的能量输出。但是，该方法往往存在起爆能量较高、含能薄膜的反应速率与爆炸箔的离子化过程不匹配等问题，导致爆炸桥的能量转换效率提高能力有限。因此，设计制备新型的膜桥材料和结构，提高冲击片雷管的能量转换效率，是冲击片雷管永恒不变的主题。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种高能量输出的氢爆膜桥(爆炸箔)及其制备方法。本发明选择储氢薄膜作为冲击片雷管的膜桥材料，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量作用下发生等离子爆炸，同时由于膜桥中含有大量氢，储氢薄膜自身也会发生氢爆；因此，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量的作用下会同时发生等离子爆炸和氢爆，极大地提高了该过程的单位能量输出和能量转换效率。

本发明的技术方案如下：

一种高能量输出的氢爆膜桥，其特征在于，所述氢爆膜桥自下而上依次为基片、桥区薄膜层和保护层，所述桥区薄膜层为储氢薄膜。

进一步地，所述储氢薄膜为Ti系合金薄膜(Ti/Mo、Ti/Fe、Ti/Ni等)，Mg系合金薄膜(Mg/Al、Mg/Ni、Mg/Pd等)，或者Zr系合金薄膜(Zr/Co、Zr等)等储氢合金薄膜。

进一步地，所述基片为陶瓷基底、硅基底或者玻璃基底等；所述保护层材料为Ta、Mo或Cr等金属材料。

进一步地，所述储氢薄膜的厚度为0.1～5μm，所述保护层的厚度为0.01～5μm。

一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、采用磁控溅射法在基片上形成储氢薄膜；

步骤2、采用磁控溅射法在步骤1得到的储氢薄膜上形成保护层；

步骤3、将步骤2得到的带储氢薄膜和保护层的基片放置于气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至20～1000℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5KPa～5MPa，在温度为20～1000℃、氢气气压为0.5KPa～5MPa的条件下，保持0.5～100h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

进一步地，步骤3所述氢气的纯度以体积百分比计不低于99.99％。

本发明还提供了一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，选取MgAl合金薄膜作为储氢薄膜材料、Ta作为保护层材料防止Mg氧化，具体包括以下步骤：

步骤1、清洗基片：将基片依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，烘干，待用；

步骤2、采用磁控溅射法在步骤1清洗干净的基片上沉积MgAl薄膜作为储氢薄膜；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为氩气等惰性气体，溅射时间为40～120min，得到的MgAl薄膜的厚度为0.1～5μm；

步骤3、采用磁控溅射法在步骤2得到的储氢薄膜上沉积一层Ta薄膜，作为保护层；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为氩气等惰性气体，溅射时间为40～120min，得到的Ta薄膜的厚度为0.01～5μm；

步骤4、将步骤3得到的带储氢薄膜和保护层的基片取出，依次在丙酮和去离子水中清洗，烘干；

步骤5、储氢薄膜的加氢反应：将步骤4烘干后的样品放置于气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至20～1000℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5KPa～5MPa，在温度为20～1000℃、氢气气压为0.5KPa～5MPa的条件下，保持0.5～100h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

进一步地，步骤5所述氢气的纯度以体积百分比计不低于99.99％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种高能量输出的氢爆膜桥及其制备方法，选择储氢薄膜作为冲击片雷管的膜桥材料，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量作用下发生等离子爆炸，同时由于膜桥中含有大量氢，储氢薄膜自身也会发生氢爆；因此，该储氢薄膜在电能、脉冲激光能量等外界能量的作用下会同时发生等离子爆炸和氢爆，极大地提高了该过程的单位能量输出和能量转换效率，提升了爆炸箔的可靠性和稳定性，并有效降低了起爆能量和起爆电压。

附图说明

图1为传统的冲击片雷管的结构示意图；

图2为本发明提供的氢爆膜桥的结构示意图；其中，1为基片，2为储氢薄膜层，3为保护层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

一种高能量输出的氢爆膜桥，其特征在于，所述氢爆膜桥自下而上依次为基片、桥区薄膜层和保护层，所述桥区薄膜层为储氢薄膜；所述储氢薄膜为Ti系合金薄膜(Ti/Mo、Ti/Fe、Ti/Ni等)，Mg系合金薄膜(Mg/Al、Mg/Ni、Mg/Pd等)，或者Zr系合金薄膜(Zr/Co、Zr等)等储氢合金薄膜。

本发明还提供了一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，选取MgAl合金薄膜作为储氢薄膜材料、Ta作为保护层材料防止Mg氧化，具体包括以下步骤：

步骤1、清洗基片：选取3英寸的Al₂O₃陶瓷基片作为基片，依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min，烘干，待用；

步骤2、采用光刻技术在步骤1清洗干净的基片上形成光刻胶掩膜，然后采用磁控溅射法沉积MgAl薄膜作为储氢薄膜；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为氩气，溅射时间为40～120min，得到的MgAl薄膜的厚度为0.1～5μm；

步骤3、采用磁控溅射法在步骤2得到的储氢薄膜上沉积一层Ta薄膜，作为保护层；其中，溅射气压为0.3～0.6Pa，溅射功率为40～200W，溅射气体为氩气，溅射时间为40～120min，得到的Ta薄膜的厚度为0.01～5μm；

步骤4、将步骤3得到的带储氢薄膜和保护层的基片取出，在丙酮中浸泡以除去基片上的光刻胶和粘附于光刻胶上的薄膜，再采用去离子水冲洗干净，烘干；

步骤5、储氢薄膜的加氢反应：将步骤4烘干后的样品放置于气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至20～1000℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5KPa～5MPa，在温度为20～1000℃、氢气气压为0.5KPa～5MPa的条件下，保持0.5～100h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

进一步地，步骤2和步骤3中的氩气的纯度以体积百分比计不低于99.99％。

实施例1

本实施例提供了一种高能量输出的氢爆膜桥的制备方法，选取MgAl合金薄膜作为储氢薄膜材料、Ta作为保护层材料防止Mg氧化，具体包括以下步骤：

步骤1、清洗基片：选取直径为3英寸的Al₂O₃陶瓷基片作为基片，依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min，烘干，待用；

步骤2、利用甩胶机在步骤1清洗干净的基片表面涂覆一层PR1-4000A型光刻胶，采用光刻技术在基片表面形成一层光刻胶掩膜，然后采用磁控溅射法沉积MgAl薄膜作为储氢薄膜；其中，溅射气压为0.6Pa，溅射功率为100W，溅射气体为氩气，得到的MgAl薄膜的厚度为2μm；

步骤3、采用磁控溅射法在步骤2得到的MgAl薄膜上沉积一层Ta薄膜，作为保护层；其中，溅射气压为0.45Pa，溅射功率为40W，溅射气体为氩气，得到的Ta薄膜的厚度为20nm；

步骤4、将步骤3得到的带储氢薄膜和保护层的基片取出，在丙酮中浸泡以除去基片上的光刻胶和粘附于光刻胶上的薄膜，再采用去离子水冲洗干净，烘干；

步骤5、储氢薄膜的加氢反应：将步骤4烘干后的样品放置于3H-2000PH1型高温高压气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至300℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到2MPa，在温度为300℃、氢气气压为2MPa的条件下，保持3h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。

实施例2

本实施例与实施例1相比，区别在于，步骤5的过程为：将步骤4烘干后的样品放置于3H-2000PH1型高温高压气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至600℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到0.5KPa，在温度为600℃、氢气气压为0.5KPa的条件下，保持20h，以使储氢薄膜吸收氢气。其余步骤与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1相比，区别在于，步骤5的过程为：将步骤4烘干后的样品放置于3H-2000PH1型高温高压气体吸附仪中，抽真空至5×10^-4Pa以下，然后加热基片至900℃；再向吸附仪中通入氢气，直至气体气压达到3MPa，在温度为900℃、氢气气压为3MPa的条件下，保持80h，以使储氢薄膜吸收氢气；完成所述氢爆膜桥的制备。其余步骤与实施例1相同。

传统的金属薄膜桥发生爆炸反应生成等离子体的过程中，会伴随能量扩散和热传递等现象，大部分的能量(电能，激光，冲击波等)并没有转换为飞片的动能，而是以热能或光能等形式消耗掉。与现有的爆炸箔材料相比，本发明提出的氢爆膜桥在爆炸箔作用过程中，储氢薄膜层发生物理形态的转变生成等离子体，同时储氢薄膜层释放的氢气与空气发生氢爆反应，在二者的共同作用下，增强了爆炸箔的能量输出，提升了爆炸箔的能量转换效率。因此，本发明氢爆膜桥在激励能量的作用下，储氢薄膜层以及其存储的氢气同时反应释放出巨大的能量，共同作用于飞片材料，使得飞片具有更高的动能，从而提升了爆炸箔起爆系统的可靠性和稳定性，并有效降低其起爆能量和起爆电压。

一种高能量输出的氢爆膜桥及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。