[发明专利]介电式Al/CuO复合薄膜含能电点火桥和点火桥阵列

说明书

技术领域

本发明属于电火工品的基础部件领域，特别是一种介电式Al/CuO复合薄膜含能点火桥和以该点火桥为基础单元的点火阵列。

背景技术

电火工品是含能材料燃烧与爆炸常用的初始能源之一，在武器装备和国民经济领域有着广泛的应用，如矿山爆破，安全保护气囊，微小型卫星推进系统，火箭发动机点火系统，战斗部的传火与传爆序列，导弹的弹道修正和安全保险装置等。

桥丝式电火工品是使用的最广泛的电火工品。它是靠电流通过有一定电阻的微细金属桥丝，电能按焦耳-楞次定律                                               产生热量，使桥丝升温达到灼热状态，加热桥丝周围的炸药使其爆炸。桥丝式电火工品的桥丝材料通常为镍铬、康铜或铂铱等，当电流通入桥丝后，在桥丝上电能转换成热能，能量的转换效率较低。桥丝式电火工品通常是用焊锡将桥丝直接焊接在两个脚线上，防射频的效果不好，容易受到外界电磁波的影响出现意外发火。同时由于受加工方法的限制，桥丝式电火工品的集成度不好，很难实现与火工品其它部件的集成化生产并组成点火桥阵列。

半导体桥（Semiconductor Bridge，简称SCB）火工品是指利用半导体薄膜或金属-半导体复合薄膜作发火组件的一类电火工品。SCB的作用机理是等离子体的微对流作用，当向SCB通脉冲电流时，桥膜材料因焦耳热迅速汽化，在电场的作用下形成弱等离子体放电，等离子体迅速扩散到与其相邻的烟火剂或高能炸药中，向烟火剂或高能炸药进行极迅速的热量传递，使其受热达到着火温度而发火。SCB具有一定的防射频特性，但电热转换率较低，制作工艺复杂，生产成本较高。

薄膜电桥是把金属通过物理或化学方法制作在基片上的一种膜式点火桥，它的工作原理是，在桥体通电后，桥体经过电加热发生爆炸，产生等离子体点燃药剂。薄膜电桥可以用MEMS工艺加工制作，容易实现与火工品其它部件的集成化生产，但与桥丝式电火工品和SCB相似，它仅依靠电能加热桥膜，能量转换率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介电式Al/CuO复合薄膜含能点火桥和以该点火桥为基础单元的点火阵列。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种介电式Al/CuO复合薄膜含能电点火桥，点火桥桥体由上电极、下电极和电介质层叠加而成，两层尺寸相同方向相反的金属薄膜分别作为上电极和下电极，与上电极金属薄膜尺寸、方向都相同的Al/CuO复合薄膜层夹在两层金属薄膜之间作为电介质层，Al/CuO复合薄膜层的一部分覆盖叠加在下电极金属薄膜上，上电极金属薄膜完全覆盖叠加在Al/CuO复合薄膜层上。

一种以介电式Al/CuO复合薄膜含能电点火桥为基础单元的点火阵列，用Au金属薄膜或Cu金属薄膜制作成引线连接若干介电式Al/CuO复合薄膜含能电点火桥排列成点火阵列。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明利用点火桥的介电式结构提高点火桥的安全性和Al/CuO复合薄膜的反应率；

介电式Al/CuO复合薄膜含能电点火桥的基本结构如图1、2所示，这种桥体结构由三部分组成，两层金属薄膜分别作为上、下电极，多层Al/CuO复合薄膜夹在两层金属薄膜之间作为电介质层，介电常数可以通过调控Al/CuO复合薄膜的调制周期数进行调整。金属薄膜电极可以根据需要选择高电阻值金属薄膜，如Pt、Ti、Cr等，也可以选择低电阻值金属薄膜，如Al、Cu等。高电阻值薄膜可以增加点火桥的电阻，增强点火桥的电热转换能力，但会增加点火桥的爆发时间。低电阻值薄膜会减少点火桥的爆发时间，但会降低点火桥的电热转换能力。

点火桥由薄膜叠加而成，与基底的接触面积较大，具备一定的抗杂散电流的能力。同时CuO薄膜是半导体材料，所以Al/CuO复合薄膜具有一定的击穿电压，可以保证只有在外界电压高于Al/CuO复合薄膜的击穿电压时，才能激发点火桥发火。通过调控点火桥的面积和Al/CuO复合薄膜的厚度，可以控制Al/CuO复合薄膜的击穿电压，从而可以设计出具有抗杂散电流和电磁干扰能力的点火桥，提高点火桥的安全性。当外界电压低于Al/CuO复合薄膜的击穿电压时，只有微弱电流通过点火桥，点火桥不发火，当外界电压高于Al/CuO复合薄膜的击穿电压时，在上下两层金属薄膜电极之间会形成电场，该电场可以允许瞬间大电流通过桥体，促进Al/CuO的放热反应，提高Al/CuO复合薄膜的反应率，同时还可以防止点火桥提前熔断，提高点火桥的电热转换率。

（2）本发明利用多层Al/CuO复合薄膜的化学反应能提高点火桥的点火能力；