半导体桥等离子体与药剂作用机理研究

论文摘要

为了揭示半导体桥（SCB）等离子体与药剂作用机理,为SCB等离子体特征感度药剂的设计与开发提供指导,本文对SCB等离子体诊断、药剂对SCB火工品放电过程的影响、SCB药剂点火实验、SCB等离子体传热模型、电子对药剂分解的影响进行了研究,具体的研究内容和结论如下：SCB等离子体特性参数测量：通过发射光谱法和激光干涉测试方法,获得了SCB等离子体电子密度、温度随时间的变化,等离子体尺寸、扩散速度和发射光谱等基础数据。讨论了不同桥体结构和不同发火条件对SCB放电过程影响。对6种不同的药剂进行了点火实验,讨论了药剂对SCB发火过程的影响。6种药剂对桥膜物理形态转变过程的影响和药剂的起始反应温度相关。分解温度由低到高排序和桥膜熔化汽化从难到易的排序均为：NHA<NHN<LP<LTNR<BaTNR<LA.即分解温度越低,药剂对桥膜的影响越大,导致桥膜熔化汽化越困难,消耗的能量也越大。建立了SCB等离子体传热模型：模型分析了由于温度梯度而导致的传热作用,同时讨论了与电子密度有关的等离子体鞘层作用。模型的数值模拟结果表明颗粒的半径越小传热作用越大,鞘层作用越小；药剂选择应该符合颗粒半径小、导热系数小和活化能小、药剂密度大和爆热大的原则。通过药剂的点火实验结果证实了上述模型结论。在传热模型的指导下,通过物理掺杂Pb304的方法,对典型等离子体热特征敏感药剂LTNR进行敏化,有效降低了LTNR的点火能量和点火电压。通过导热系数、电子顺磁（EPR）和TG-DSC-QMS-FTIR同步分析等手段进行了敏化机理研究。表明Pb304的掺杂改善了药剂的热学性质、提高了药剂的反应的活泼性、增加了分解反应的放热量,并且Pb304的掺杂催化了硝基的分解反应。敏化机理研究为其它的等离子体热特征敏感药剂的敏化提供了指导和思路。选择对SCB等离子体热作用不敏感的药剂LA,分析了装有LA的SCB火工品的电流信号,结合LA的铅核反应机理,探索性地分析了等离子体中电子对药剂分解反应的影响。表明SCB等离子体中的电子可能直接参与铅核的生成反应,使Pb2+/Pb0转化变得容易,从而对药剂的分解反应起到促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 SCB火工品简介
• 1.2 SCB芯片对发火能量的影响
• 1.2.1 从SCB设计降低发火能量的研究
• 1.2.2 SCB结构参数对点火性能的影响
• 1.3 药剂对点火性能的影响
• 1.4 点火电路对点火性能的影响
• 1.5 SCB等离子体参数对点火性能的影响
• 1.6 SCB点火机理研究现状
• 1.7 SCB数值模拟研究现状
• 1.8 本文主要研究内容
• 参考文献
• 2 SCB等离子体特性研究
• 2.1 SCB等离子体强度
• 2.2 SCB等离子体尺寸
• 2.3 SCB等离子体发射光谱
• 2.4 SCB等离子体温度和电子密度的诊断
• 2.4.1 桥的结构对SCB放电过程影响
• 2.4.2 发火条件对SCB放电过程影响
• 2.4.3 等离子体电子密度结果
• 2.5 SCB等离子体的激光干涉图
• 2.5.1 测试原理
• 2.5.2 实验装置
• 2.5.3 实验结果
• 2.6 等离子体质量估算
• 2.7 本章结论
• 参考文献
• 3 药剂对SCB发火过程影响分析
• 3.1 SCB桥膜物理形态转变过程分析
• 3.1.1 单发桥膜物理形态转变过程
• 3.1.2 点火条件对桥膜物理形态转变过程的影响
• 3.1.3 药剂对桥膜物理形态转变过程的影响
• 3.2 药剂对桥膜物理形态转变影响分析
• 3.2.1 二次发火实验
• 3.2.2 药剂对桥膜物理形态转变影响程度分析
• 3.2.3 药剂的热力学性质分析
• 3.3 药剂对等离子体后期放电的影响
• 3.4 本章结论
• 4 SCB等离子体传热模型
• 4.1 等离子体判据
• 4.2 经典条件判断
• 4.3 无对流影响判断
• 4.4 无热松弛时间影响判断
• 4.5 SCB等离子体和药剂间的能量作用
• 4.5.1 等离子体热传导作用
• 4.5.2 药剂的爆热作用
• 4.5.3 等离子体鞘层作用
• 4.5.4 等离子体热导率
• 4.6 模型理论计算结果分析
• 4.6.1 等离子体热作用计算结果
• 4.6.2 等离子体鞘层作用计算结果
• 4.6.3 爆热作用计算结果
• 4.6.4 药剂热学参数影响
• 4.7 本章结论
• 参考文献
• 5 药剂SCB点火实验
• 5.1 实验装置
• 5.2 SCB点火实验
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 点火能量结果分析
• 5.3.2 点火时间结果分析
• 5.3.3 理论验证结果分析
• 5.3.4 NHA和LTNR点火结果比较
• 5.4 本章结论
• 6 LTNR的敏化机理研究
• 3O₄）的热学性能分析'>6.1 LTNR和（LTNR+Pb₃O₄）的热学性能分析
• 3O₄）的SCB点火实验'>6.2 LTNR和（LTNR+Pb₃O₄）的SCB点火实验
• 3O₄）自由基检测'>6.3 LTNR和（LTNR+Pb₃O₄）自由基检测
• 6.4 TG-DSC-QMS-FTIR同步分析
• 3O₄）的热分析'>6.4.1 LTNR和（LTNR+Pb₃O₄）的热分析
• 6.4.2 气体产物的质谱红外分析
• 3O₄）分解后残渣比较'>6.4.3 LTNR和（LTNR+Pb₃O₄）分解后残渣比较
• 6.5 本章结论
• 参考文献
• 7 SCB等离子体电子作用机理初探
• 7.1 电流信号分析
• 7.2 SCB等离子体电子作用机理
• 7.2.1 LA的热分解机理
• 7.2.2 SCB等离子体对LA的电子作用机理
• 7.2.3 NHA的分解过程分析
• 7.2.4 SCB等离子体对NHA的电子作用机理
• 7.3 本章结论
• 参考文献
• 全文结论
• 本论文的创新点
• 致谢
• 附录