小火花机理:电雷管的发火部分的两极间没有金属丝等相连,即为芯杆电极、导电药、或者导电涂膜等,此类电雷管的起爆必须先发生介质(空气隙、炸药粒子)的击穿。由于电雷管的作用时间很短,一般在几个或几十个微秒就可以引起爆炸,所以此类电雷管内发生的是电击穿。将电雷管接上电源,两极间加上高电压后,由于药剂粒子间未能达到接触构成回路,要形成一条导电通路,就必须使一些药剂粒子被击穿。因外界接入的电场很强,介质会发生剧烈的极化作用,介质内自由电子数便会剧增,使得电介质失去介电性而被击穿。这样就会在足够高的外加电压的作用下,在药剂粒子间产生小火花,用这些小火花放电的作用来引起炸药爆炸,从而引起电雷管的爆炸。
2。1。2 半导体桥的作用机理
半导体桥电雷管的核心元件是半导体桥芯片,根据国内外众多研究[19~21,24~28],半导体桥的作用机理有两种:热传导点火作用、等离子体点火作用。
热传导作用机理:作用过程与热点机理类似,其发生取决于半导体桥的质量、药剂的粒度大小、以及电压等。当桥的质量较大时,半导体桥将电能转换为热能,热能足够且传递给药剂,药剂可在半导体桥仍为凝聚态时就发火起爆,此过程中半导体桥只经历了升温过程。当药剂粒度较小时,药剂与桥面的接触面积增大,药剂对桥释放的能量的利用率较高,在桥未熔化时即可将药剂点燃。热传导作用机理一般在电压较低的情况下发生,能量较低不足以使半导体桥爆发成等离子体,只能通过能量的积累使半导体桥温度升高,进而引起药剂点火和电雷管的爆炸。
等离子体作用机理:只有当外界输入能量大于半导体桥爆发形成等离子体的临界能量时,半导体桥才会发生等离子体作用机理,此过程中半导体桥一般要经过四个阶段:固态升温、熔化为液态、汽化、产生等离子体。在电流脉冲的作用下,高掺杂半导体桥逐渐被加热而温度升高。随着半导体桥温度的升高,半导体桥形成电阻略下降、热功率增大的正反馈效应,同时,硅、多晶硅材料中的固态原子转换为带电的气态粒子,直至击穿。在高温下,高掺杂半导体材料做成的半导体桥形成高温等离子体,并以微对流的方式快速渗入与其相邻的药剂,将能量传递给药剂,使药剂的温度达到发火点而起爆发火。一般在较高电压的作用下,半导体桥发生等离子体点火作用机理。
对于半导体桥电雷管,通常是利用半导体桥受热形成高温等离子体后,由等离子体快速渗透进起爆药,先激发起爆药爆炸,进而引起电雷管的爆炸的。半导体桥电雷管的瞬发度即半导体桥电雷管从开始通电至电雷管完成起爆所用的时间,在不考虑药剂爆速增长快慢的条件下,其主要取决于能量输入和半导体桥受热形成等离子体的时间。当输入能量足够时,能量输入的时间越短,半导体桥受热形成等离子的时间越短,半导体桥电雷管的瞬发性越好,瞬发度也越高。而当输入能量提高时,形成的等离子体的温度也越高,越有利于半导体桥电雷管的起爆。文献综述
2。2 半导体桥电雷管瞬发度的影响因素分析
在实际应用过程中,半导体桥电雷管常是采用电容储能放电点火的方式来完成电雷管起爆的,因此,本试验结合实际应用的情况进行。本试验的发火装置由电容发火仪(南京理工大学研制的储能放电起爆仪ALG-CN1)、数字示波器、半导体桥电雷管组成的,电容发火仪内置储能电容C、开关K等组成,测试原理如图2。1所示,实际测试的试验布置如图2。2。储能电容采用钽电容,其内阻小、漏电电流小的特性适宜作为半导体桥电雷管的点火储能装置。开关K为电子开关。将电路连接好,开关K打至1端,给电容C充电。当充电至试验所需电压后,将开关K打至2端,通电使半导体桥电雷管发火。通过数字示波器来记录通电过程中半导体桥电雷管的电压、电流的变化信号。