Ni-Cr 桥丝式电火工品发火规律

周 庆，焦清介

(1.中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳 621900;2.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081)

桥丝式电火工品是一种将电能转换为药剂发火能量的装置。由于弹药技术的发展，桥丝式电火工品在武器、航空航天、工程爆破等领域中的应用非常广泛，关于它的研究报道也很多，但主要是药剂对发火性能的影响［1-3］，发火模型的建立与求解［4-6］，发火过程的检测与模拟［7-8］等，但是关于桥丝直径、基体材料和放电电压对桥丝式电火工品发火特性的影响的研究却鲜有报道。本文正是基于这种情况，研究了9、12、16、20 和25 μm 五种桥丝直径，塑料和玻璃两种基体，共10 种不同的换能元与发火药剂斯蒂芬酸铅(LTNR)组成的桥丝式电火工品的发火特性及其影响因素。

1 实验步骤

实验选取了塑料和玻璃2 种基体的桥丝换能元，每种换能元都选取了9、12、16、20 和25 μm 5 种不同直径的Ni-Cr桥丝，点火药为15 mg 的LTNR，装药方式采用的是压装，压药压力为15 MPa，实验方法采用的是Neyer’s［9］D -最优化法，为了测出发火件的临界发火电压，选取每组实验样本量为15，对10 种不同的发火件共进行了10 组实验。实验所用仪器主要包括ALG-CM 储能放电

起爆仪、信号采集设备(TEK TDS7104 示波器、TCPA300放大器、TCP312 电流探头，电压探头、47 μF 钽电容等，测试装置图如图1 所示。实验时首先将发火件2 接入电路，然后闭合开关a，接通充电回路，对钽电容1 进行充电。当充到所需要的电压值时断开开关a，闭合开关b，接通放电电路，对桥丝发火件2 进行放电，同时示波器5 记录电路中的电流和桥丝发火件2 两端的电压。本实验把看到火花和听到轻微的“啪”的一声作为发火条件的一个判据。另外在示波器上观察到电流变为“0”，电压不再发生变化看作是桥丝发火件发火的另一个判据。第一个发火件作用完成后，断开开关b，换另一发样品，以此类推，直至完成D-最优化法的试验量。

图1 实验装置原理

2 结果与讨论

2.1 临界发火电压

用D-最优化法测试的10 组发火件的临界发火电压的结果如表1。

表1 Ni-Cr 桥丝/LTNR 发火件的临界发火电压的实验值

从表1 中可以看出，发火件的临界发火电压随桥丝直径的增大而增大，随桥丝电阻的减小而增大。对于同种直径的发火件，玻璃基体发火件的临界发火电压要比塑料基体的临界发火电压小，原因有两个方面:一是由于玻璃基体发火件的桥丝长度稍短，质量也就相对小些;二是由于玻璃的散热系数要比塑料的小，所以发火件发火所需要的能量也就较少，临界发火电压也就较低。

2.2 放电电压对发火特性的影响

实验过程中，不同放电电压对塑料基体桥丝发火件的影响不尽相同，如图2 所示。对于12 μm 塑料基体的桥丝发火件而言，低电压激励时，桥丝电阻缓慢上升直至桥丝爆发变为无穷大，如图2(a)所示。在这个过程中虽然电压曲线有二次峰值，但是电流为零，也就是说这个过程中并没有等离子体的产生。而在高电压激励时，电流曲线上有个小鼓包，而电阻则由于电热作用，先缓慢升高，然后忽然降低到一个较小值，最后变为无穷大，如图2(b)、2(c)所示。这是由于在这个过程中产生了等离子体，使得桥丝爆发后电路仍能暂时导通，故电流会有一个二次峰值，随着等离子体的扩散，电流逐渐变为零，电阻变为无穷大。这个过程非常短暂，因为桥丝的质量非常小，产生的等离子体很少。

图2 不同电压下不同直径和基体的桥丝发火件的发火特性曲线

2.3 不同桥丝直径对发火特性的影响

桥丝直径对桥丝发火件的发火特性的影响，如图3 所示。对比图2(b)、3(a)、3(b)、3(c)、3(d)发现只有12 μm和16 μm 的桥丝发火件在20V 的放电电压下有等离子体的产生［10］，而其他3 种直径的却没有等离子体的产生。当激励电压继续升高至35 V 时，从发火过程中的V-I-R 曲线上看，9 μm、20 μm 和25 μm 的桥丝发火件仍然没有等离子体的产生。为了证明放电过程中是否真的没有等离子体的产生，可以采用其他的实验方法来检测，但是由于桥丝质量非常小，产生的火花很小，检测比较困难，目前还没有找到合适的检测方法。

2.4 不同基体对发火特性的影响

为了研究不同基体对桥丝发火件的发火特性是否会有影响，本文选取了玻璃基体的桥丝发火件与上述的塑料基体的桥丝发火件进行对比，如图4 所示。

图3 不同直径的塑料塞桥丝发火件的发火特性曲线

图4 玻璃基体的桥丝发火件的发火特性曲线

从图4 中5 种不同桥丝直径的玻璃基体发火件的V-I-R曲线可以看出，16 μm 和25 μm 的桥丝发火件在放电过程中产生了等离子体，而V、I、R 的变化趋势与塑料基体的桥丝发火件基本是一致的。这说明基体的不同对发火件的发火特性基本没有影响。

3 结论

由前述的分析可知，Ni-Cr 桥丝式电火工品的发火规律主要可以归结为如下: 发火件的临界发火电压随桥丝直径的增大而增大，随桥丝电阻的减小而增大; 当激励电压较高时，桥丝发火件在发火过程中会产生等离子体; 不同基体(塑料和玻璃)对发火件的发火特性没有影响。

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