非線性電爆換能元具有良好的安全性和可靠性,是火工品的基礎部件。含能復合薄膜是一種新結構形式的含能材料,其中Al/CuO、Al/MoO3和Al/Fe2O3三種放熱量較高。本文研究了三種含能復合薄膜材料的制備和表征,在此基礎上研究了基于含能復合薄膜的非線性電爆換能元。主要研究內(nèi)容和結論如下：(1)使用磁控濺射方法制備了微米和納米級調制周期的Al/CuO、Al/MOO3和Al/Fe2O3三種含能薄膜材料。使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射儀(XRD)、光電子能譜儀(XPS)和差示掃描量熱儀(DSC)等分析和表征方法研究了薄膜的微觀結構、化學成分、反應熱力學和動力學性能。研究結果表明：制備的含能復合薄膜表面平整無缺陷,層狀結構清晰、層與層之間連接緊密；Al薄膜主要以正方晶系存在,CuO薄膜中含有弱的多晶CuO和Cu2O,MOO3薄膜主要以非晶狀態(tài)存在,主要由MoO3、Mo2O5和MoO2組成,Fe2O3薄膜中含有弱的多晶Fe2O3和FeO。含能復合薄膜熱穩(wěn)定性良好,可長期保存,激發(fā)后反應迅速,反應產(chǎn)物主要是單晶態(tài)的金屬和非晶的Al2O3。(2)以半導體橋...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號表
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 含能復合薄膜
        1.1.2 非線性電爆換能元
        1.1.3 本文的研究意義
    1.2 含能復合薄膜國內(nèi)外研究概況
        1.2.1 合金化反應薄膜研究概況
        1.2.2 氧化還原反應薄膜研究概況
        1.2.3 基于含能復合薄膜的電火工品換能元研究概況
    1.3 論文的主要研究工作
2 納米含能復合薄膜的制備和表征
    2.1 磁控濺射原理
    2.2 磁控濺射制備納米含能復合薄膜
        2.2.1 實驗設備及材料
        2.2.2 制備工藝
    2.3 納米含能復合薄膜的微觀結構表征
    2.4 納米含能復合薄膜成分表征
        2.4.1 XRD表征
        2.4.2 XPS表征
    2.5 納米含能復合薄膜熱分析
        2.5.1 不同調制周期的復合薄膜DSC分析
        2.5.2 復合薄膜反應活化能及產(chǎn)物XRD分析
    2.6 本章小結
3 SCB-Al/CuO和SCB-Al/MoO₃換能元的設計、制備與安全性表征
    3.1 SCB-Al/CuO、SCB-Al/MoO₃換能元的設計與制備
        3.1.1 換能元芯片設計和制備
        3.1.2 換能元設計和制備
    3.2 SCB-Al/CuO、SCB-Al/MoO₃換能元的安全性表征
        3.2.1 SCB-Al/CuO、SCB-Al/MoO₃換能元1A/1W/5min不發(fā)火表征
        3.2.2 靜電放電試驗
    3.3 本章小結
4 SCB-Al/CuO換能元的電爆換能規(guī)律研究
    4.1 NTC對SCB-Al/CuO電爆性能的影響
        4.1.1 電爆試驗裝置
        4.1.2 SCB-Al/CuO換能元典型電爆特征曲線和電爆參數(shù)定義
        4.1.3 SCB-Al/CuO與SCB-Al/CuO-NTC電爆換能規(guī)律對比
    4.2 電容對SCB-Al/CuO電爆性能的影響
    4.3 電壓對SCB-Al/CuO電爆性能的影響
    4.4 輸入能量利用率和輸出能量效率
    4.5 SCB-Al/CuO電爆換能過程分析
    4.6 本章小結
5 SCB-Al/MoO₃換能元的電爆換能規(guī)律研究
    5.1 SCB-Al/MoO₃(6μm)和普通SCB電爆性能參數(shù)
    5.2 SCB-Al/MoO₃(6μm)和SCB的發(fā)火時間、發(fā)火能量
    5.3 SCB-Al/MoO₃(6μm)和SCB的電容作用總時間和總能量
    5.4 輸入能量利用率和輸出能量效率
    5.5 Al/MoO₃厚度對換能元電爆性能的影響
    5.6 SCB-Al/MoO₃(6μm)電爆換能過程分析
    5.7 SCB-Al/MoO₃(6μm)間隙點火性能驗證
    5.8 本章小結
6 含能SCB換能元的電爆換能數(shù)理模型
    6.1 發(fā)火電路模型
    6.2 含能SCB電爆模型
    6.3 等離子體激發(fā)下納米含能復合薄膜溫度分布模型
        6.3.1 等離子體激發(fā)下Al/CuO納米含能復合薄膜溫度分布
        6.3.2 等離子體激發(fā)下Al/MoO₃納米含能復合薄膜溫度分布
    6.4 納米含能復合薄膜自蔓燃燒反應
    6.5 本章小結
7 Al/CuO肖特基結換能元芯片研究
    7.1 Al/CuO肖特基勢壘效應分析
    7.2 S-Al/CuO換能元芯片的設計和制備
        7.2.1 S-Al/CuO設計
        7.2.2 S-Al/CuO制備
    7.3 S-Al/CuO換能元芯片的電學性能測試
    7.4 S-Al/CuO換能元芯片的電爆換能規(guī)律研究
        7.4.1 S-Al/CuO和SCB的典型電爆特性曲線
        7.4.2 S-Al/CuO與SCB的電爆換能特性對比分析
        7.4.3 S-Al/CuO電爆換能過程分析與雙譜線測溫
    7.5 S-Al/CuO/Cr換能元芯片的設計和制備
        7.5.1 S-Al/CuO/Cr設計
        7.5.2 S-Al/CuO/Cr制備
    7.6 恒壓激發(fā)S-Al/CuO/Cr的電爆性能
    7.7 S-Al/CuO/Cr電爆換能過程分析與雙譜線測溫
    7.8 本章小結
8 結論與展望
    8.1 論文的主要內(nèi)容與結論
    8.2 論文的主要特色與創(chuàng)新
    8.3 今后工作展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3828860