[发明专利]一种利用功能化碳纤维制备无桥电火工品的方法

说明书

本发明公开了一种利用功能化碳纤维制备无桥电火工品的方法，先用碱液对碳纤维进行初步清洗，然后用丙酮对碳纤维进行进一步的清理，再用氧化剂对碳纤维进行氧化，得到氧化碳纤维，通过自组装的方式将纳米铝热剂组装在氧化碳纤维表面，从而制得高性能的无桥火工品。本发明利用了功能化碳纤维作为导电和导热介质，在纳米含能材料中形成局部放电和热量积累，然后实现点火或起爆功能；很大程度上提高了纳米铝热剂中各组分的有序性，减少了颗粒之间的团聚，有利于提高纳米铝热剂的反应速率和能量；同时，功能化碳纤维降低了纳米铝热剂的静电感度，使得纳米铝热剂能够有效运用于无桥电火工品的应用中，形成无桥式火工品。

技术领域

本发明涉及一种电火工品，特别是一种利用功能化碳纤维组装纳米含能材料制备无 桥电火工品的方法，属于电火工品技术。

背景技术

传统的电火工品换能元，普遍的是桥丝或桥带式结构，它们是借助于纤细的电阻丝 (或电阻膜)，通电后产生焦耳热，来引发附着于桥丝(桥带)周围的含能药剂的化学 反应。以桥丝产品为例，从其制作工艺过程来看，最大的工序难点在于桥丝在脚线上的 焊接，必须焊接牢固，且不能对后续产品质量产生不利的危害。采用的焊接方法无非是 常规的锡焊以及较为先进的储能焊、超声焊或激光焊。存在的问题主要有：焊点会出现 虚焊、桥丝阻值散布大和桥丝受到难以察觉的损伤等，从而需要强化技术手段来检测焊 桥工序的质量水平。假如采用的是锡焊，则还需要增加清洗、脱水、烘干等工序，一旦 清洗不干净，就会出现焊点的腐蚀现象，导致产品质量急剧下降，隐含着长储不安定、 产品寿命不能保证的弊端。桥带制作则较为复杂，包含了靶材处理、溅射、沉积、掩膜、 蚀刻、焊线、后处理等一系列工序，直接导致良品率不高，成本却较高。

新近发展起来的半导体桥换能元技术，采用了电子器件的加工制作方法，就是对单 晶硅掺杂，得到电子密度可控的微尺度薄膜，外界输入电能时，就会经历温升、熔融、 气化过程，形成电爆等离子体，作用到所接触的含能药剂，便可引发药剂燃烧或爆炸， 完成初始的激发功能。半导体桥的整个制作流程包括：单晶硅拉制、绝缘层复合、多晶 硅生长、掺杂、(多重)刻蚀、键合、涂银浆等，非常繁琐和复杂，制造成本势必增高， 难以达到普遍化使用的地步。在半导体桥膜基础上，通过物理方法得到含锆活性桥和复 合铝热剂的含能桥膜，它们还处于技术研发阶段，离工程化应用尚有一段距离。

导电药电火工品通过石墨对含能药剂的包覆构成导电药，以往的导电组分只限于石 墨粉体，带来的问题是成型药的阻值很大，对电能的敏感性高，在日常生产、存放和使用中非常不安全，因而已被淘汰。文献(朱顺官,张琳,李燕,等.碳晶膜电点火桥特 性研究[J].火工品,2015(2015年03):1-4.)报道了以碳晶作为换能元的一种电火 工品，其发火电压最低可达到17.3V，70℃和-50℃下均点火可靠，且具有较好的抗静电 能力。

发明内容

本发明旨在提供一种简单有效的利用功能化碳纤维与纳米含能材料组装制备的无 桥电火工品的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用功能化碳纤维制备无桥电火工品的方 法，通过自组装将纳米铝热剂组装在氧化碳纤维表面，得到三元纳米复合含能材料，再将含能材料压装到无桥电极塞当中，制成无桥电火工品。

在本发明一个优选实施例中，氧化碳纤维通过采用氧化剂对洁净的碳纤维(CF)进行氧化制得，其中，氧化剂优选体积比为2:1的硝硫混酸，氧化时间优选120～480min， 氧化温度优选50-150摄氏度。

在本发明一个优选实施例中，纳米铝热剂由纳米铝和纳米金属氧化物组成，其中，纳米金属氧化物选自氧化铜、氧化铋、三氧化二铁、氧化钨、氧化锌、氧化钴和氧化钼 中一种或任意几种。

在本发明一个优选实施例中，所得三元纳米复合含能材料中，氧化碳纤维的质量含 量为5％-30％。

本发明与现有技术相比，其优点在于：