【摘要】：爆炸箔起爆系統(tǒng)是一種新型雷管,具有抗沖擊、抗射頻、抗靜電及電磁干擾的能力,其作用迅速可靠,是一種安全可靠的起爆系統(tǒng)。爆炸箔起爆系統(tǒng)除了可用于核武器的引爆系統(tǒng),還廣泛應(yīng)用于反坦克導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈和魚雷等武器裝備。爆炸箔起爆系統(tǒng)中脈沖功率單元需要將電能儲存于電容中,然后迅速釋放,因此系統(tǒng)中的高壓開關(guān)的選擇對整個起爆系統(tǒng)的可靠作用起著重要影響。本文根據(jù)國內(nèi)外高壓開關(guān)的研究現(xiàn)狀,分析不同種開關(guān)的優(yōu)缺點,提出了一種新型的高壓平面固體開關(guān),以其作為研究對象優(yōu)化開關(guān)的制備工藝,使用Maxwell 2D和3D軟件進(jìn)行仿真計算得到了觸發(fā)極寬度和鍍銅膜厚度對開關(guān)電場的影響,以及環(huán)氧樹脂作為填充材料的可行性和對應(yīng)的開關(guān)尺寸。研究環(huán)氧樹脂固體材料的固化工藝,固體材料的熱穩(wěn)定性,開關(guān)尺寸對性能的影響,并對開關(guān)填充前后的性能進(jìn)行對比,對觸發(fā)后的空氣開關(guān)與固體開關(guān)形貌進(jìn)行對比。為了研究平面開關(guān)的最佳刻蝕時間,本文利用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀測量刻蝕液中Cu2+濃度的大小,得出放入刻蝕液中120~180 s左右,銅膜刻蝕完全。為了研究顯影液濃度的影響,本研究對比4‰,5‰,8‰和16‰顯影液處理后開關(guān)的形貌,得出使用5‰KOH溶液處理后到的開關(guān)形貌較好。為了研究鍍膜的厚度,通過使用臺階儀測定不同鍍膜時間的銅膜厚度,得出在濺射功率為600 W,Ar的氣體流速為30 sccm,基板的轉(zhuǎn)速為30 r·min-1的條件下,制作厚度為4μm的開關(guān),鍍膜時間為3300 s。為了研究開關(guān)銅膜厚度的影響,使用Maxwell 3D軟件對開關(guān)的厚度進(jìn)行研究得到以下結(jié)論:在3~5μm厚度范圍內(nèi),開關(guān)最大場強(qiáng)呈先減小再增大的趨勢,最大場強(qiáng)出現(xiàn)位置基本一致。為了研究觸發(fā)電極寬度的影響,利用Maxwell 2D軟件對觸發(fā)極的寬度進(jìn)行研究得出以下結(jié)論:開關(guān)最大場強(qiáng)隨觸發(fā)極的寬度增加而增加。為了研究環(huán)氧樹脂作為填充介質(zhì)的可行性,將觸發(fā)電極與負(fù)極之間的距離為0.05 mm,調(diào)整觸發(fā)電壓為2500 V,在距離觸發(fā)極圓弧處附近電場強(qiáng)度達(dá)到最大為5.2×107 V?m-1;將觸發(fā)電極與負(fù)極之間的距離調(diào)整為0.08 mm,觸發(fā)極電壓為2000 V,在距離觸發(fā)極圓弧處附近電場強(qiáng)度達(dá)到最大為3.0×107V?m-1。因此在觸發(fā)電壓2000~2500 V,觸發(fā)電極與負(fù)電極距離0.05~0.08 mm的范圍內(nèi),環(huán)氧樹脂平面開關(guān)可以完成擊穿。為了研究環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性,利用TG進(jìn)行了測試,得出環(huán)氧樹脂可以在200℃的高溫條件下保持穩(wěn)定。為了研究開關(guān)觸發(fā)電極寬度的影響,對不同觸發(fā)極寬度開關(guān)的自擊穿電壓進(jìn)行測試,得到觸發(fā)電極越寬自擊穿電壓越小的結(jié)論,與仿真結(jié)果相同;為了研究銅膜厚度對平面開關(guān)自擊穿電壓的影響,對不同厚度開關(guān)進(jìn)行自擊穿電壓測試,得到銅膜厚度越厚開關(guān)自擊穿電壓越小的結(jié)論。為了研究環(huán)氧樹脂對高壓開關(guān)自由擊穿電壓的影響,對固體開關(guān)的自擊穿電壓進(jìn)行測試,得到相同尺寸的空氣開關(guān)與固體開關(guān)相比自擊穿電壓大約相差400~600 V的結(jié)論。對主電極間隙為0.8 mm,觸發(fā)間隙為0.08 mm,觸發(fā)電極寬度為0.22 mm,銅膜厚為4μm的固體開關(guān)的延遲時間進(jìn)行了研究,在2200 V的工作電壓,觸發(fā)電壓2000V下,得到了該尺寸下固體開關(guān)的延遲時間為20 ns,與相同尺寸的空氣開關(guān)性能相同,計算得到了固體高壓平面開關(guān)的電阻和電感分別為102.3 mΩ和91.1 nH。觀察固體開關(guān)與空氣開關(guān)觸發(fā)工作后的形貌,得到了相比于空氣開關(guān),固體開關(guān)主電極電極和觸發(fā)電極損傷更為嚴(yán)重。
【圖文】：

爆系統(tǒng)也稱為直列式安全起爆系統(tǒng)，它由爆炸箔起爆單元[3,4]。其中，，爆炸箔起爆單元包括金屬橋箔、飛片、加速元負(fù)責(zé)為起爆單元提供能量，功率單元包括高壓開關(guān)、變等。圖 1.1 為爆炸箔起爆系統(tǒng)示意圖。

對氣體開關(guān)和真空開關(guān)進(jìn)行了研究。圖 1.2 為開關(guān)結(jié)構(gòu)的電極位于兩個主電極之間，觸發(fā)電極與負(fù)電極的最小間隙距間為 b。主電極由球形、半球形或其他形狀的金屬制成，開關(guān)糙度、光潔度、間隙寬度等將會影響開關(guān)的擊穿電壓、使用通時，兩個主電極之間加有一定的電壓，當(dāng)向觸發(fā)極施加電壓極之間的間隙首先被擊穿，產(chǎn)生帶電離子，帶電粒子在電場的造成主電極間隙擊穿。間隙擊穿機(jī)理可用流光擊穿[15]過程來解
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ565.2

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本文編號：2706925