[发明专利]高能微点火芯片及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及含能材料和微机电系统(MEMS)交叉技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种高能微点火芯片及其制备方法和使用方法。

背景技术

火工品是武器装备的功能首发元件，伴随着高新工程技术的发展，对火工品的安全性和可靠性的要求也越来越高。近十年来，纳米含能材料、微机电系统(MEMS)、纳机电系统(NEMS)等科学技术领域取得了巨大进步。近期，这些新兴学科交叉的基础上，逐渐形成了微型含能器件这一重要领域。由于微型含能器件具有高度微型化、集成化、多功能化等特点和优势，受到了国内外广泛的关注。

传统的电火工品是利用金属桥丝通电后，将电能转化为热能，进一步点燃涂覆在电阻丝周围的起爆药剂，如斯蒂芬酸铅点火药等，达到点火的目的。这种方法需手工涂覆点火药剂、难以批量化生产、不容易集成化生产、能量转化效率低，安全性、可靠性、一致性低。为此，国内外对点火桥的设计、制备以及桥丝上的起爆药剂进行了大量的研究工作，取得了较大的进展。但随着应用场合的越来越小型化和智能化，由此带来的点火可靠性问题越发突出。将含能材料集成到芯片等点火器上以提高器件的输出能量，将有效解决点火可靠性的难题，因此产生了集成式微火工品。

近年来出现了一类基于纳米尺度活泼金属和金属氧化物的高能量密度含能体系-亚稳态分子间复合物(MetastableIntermolecularComposites，MIC)。由于氧化组分和还原组分处于纳米尺度，克服了固相化学反应传质距离大的动力学缺陷，其粉体材料具有良好的反应速率(可达约2500m/s)，且临界反应传播直径小(微米级)，具有高能量密度，例如Al-CuO的能量密度为4.08MJ/kg。MIC-炸药复合物的反应速度可达7000m/s，并且改善了炸药临界反应传播直径(毫米级)较大的缺点，有利于火工品的微型化，提高可靠性和安全性，因此利用MIC制备高能微点火芯片具有重要的价值。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高能微点火芯片及其制备方法和使用方法，以期望可以实现微点火芯片的高可靠性和微型化。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种高能微点火芯片的制备方法，包括以下步骤：

(1)MIC材料的制备

将纳米金属和纳米金属氧化物在溶剂中混合均匀，所述纳米金属的金属单质还原性强于所述纳米金属氧化物中金属元素的金属单质还原性，然后真空干燥，得到MIC材料；

(2)超细炸药颗粒的制备

将炸药原料溶解在溶剂中获得炸药溶液，然后将炸药溶液滴加入炸药原料的非溶剂中，搅拌析出炸药颗粒，再真空干燥得到超细炸药颗粒；

(3)MIC-炸药复合材料的制备

将步骤(1)制得的MIC材料和步骤(2)制得的超细炸药颗粒加入溶剂中，混合均匀，然后真空干燥，得到MIC-炸药复合材料；

(4)高能微点火芯片的集成

用三维打印机把MIC-炸药复合材料集成到SiO₂/Cr/Pt/Au微加热器上，即得高能微点火芯片。

进一步的技术方案是：所述纳米金属是纳米Al、Mg、Si和B中的一种或多种。

更进一步的技术方案是：所述纳米金属氧化物是FeO、Fe₂O₃、CoO、NiO、Cu₂O、CuO、Sb₂O₃、MoO₂、MoO₃、Cr₂O₃、PbO₂、WO₂、WO₃中的一种或多种。

更进一步的技术方案是：所述纳米金属和纳米金属氧化物的摩尔比为1:2-3:8。

更进一步的技术方案是：所述炸药为BTF、DATB、TATB、DINGU、FEFO、CL-20、HMX、RDX、HNB、HNS、PETN、NC、NQ、Tetryl、TNB、TNT、AP中的一种。

更进一步的技术方案是：步骤(3)所述MIC材料和超细炸药颗粒的质量比为1:99-1:0。

更进一步的技术方案是：所述SiO₂/Cr/Pt/Au微加热器的尺寸为1.5×1.5×1mm，电阻为2-10Ω。