[发明专利]基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元及其制备方法。所述的冲击片换能元以由Ti薄膜和Al薄膜组成的Ti/Al为烧蚀层、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;薄膜为绝热层、Al薄膜为飞片层，采用射频磁控溅射系统进行制备。本发明的基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元与现有冲击片换能元相比，冲击片速度、冲击应力、Psupgt;2/supgt;r值等输出性能参数与现有冲击片换能元相比提升明显，换能效率高、输出威力大、应用前景广。

技术领域

本发明属于火工品换能元领域，涉及一种基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元及其制备方法。

背景技术

激光冲击片起爆技术是目前最先进的起爆技术之一，相较于经典的电起爆技术，其从根本上解决了射频或静电等干扰电磁信号导致意外发火的问题。此外，激光冲击片起爆技术还具有高精度、瞬发性好等特点，起爆作用时间在微秒级，在多点同步起爆、爆炸逻辑网格中有广阔的应用前景。基于上述特点，激光冲击片起爆技术满足现代武器系统的作战需求，同时符合直列式起爆技术的要求，随着激光技术与薄膜制备技术的快速发展，该技术已成为研究热点。

最初的Al、Cu等单层冲击片换能元存在吸光系数和强度都偏低的问题，随着研究的深入，出现了Al/Al₂O₃/Al、Al/MgF₂/Al等以烧蚀层/绝热层/飞片层为结构的复合冲击片换能元，一定程度上解决了飞片平面性和完整性的问题，但仍无法解决冲击片换能元换能效率低、输出威力小的问题。文献1(Zhang H,Wu L,Hu P,et al.Launch and impactcharacteristics of typical multi-layered flyers driven by ns-pulsed laser[J].Optics and Laser Technology,2019,120:105709.)制备了单层Al、三层Al/Al₂O₃/Al冲击片换能元，在61.89J·cm^-2能量下测得的P²r值仅为150和450GPa²ns，表明制备的两种冲击片换能元换能效率低、无法实现有效输出。文献2(陈少杰.激光驱动复合飞片冲击起爆HNS-IV的规律和机理研究[D].南京：南京理工大学,2015.)制备的单层Al、三层Al/Al₂O₃/Al冲击片换能元100mJ激光能量的飞片速度分别为3000m/s和3500m/s，换能效率≯30％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换能效率高、输出威力大的基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元，为Ti/Al/Al₂O₃/Al复合结构，以由Ti薄膜和Al薄膜组成的Ti/Al为烧蚀层、Al₂O₃薄膜为绝热层、Al薄膜为飞片层。

优选地，Ti/Al烧蚀层由厚度为0.01～0.13μmTi薄膜和0.13～0.25μmAl薄膜组成，Al₂O₃绝热层厚度为0.25μm，Al飞片层厚度为4.5μm；更优选为，Ti/Al烧蚀层由厚度为0.13μmTi薄膜和0.13μmAl薄膜组成。

基于Ti/Al烧蚀层的冲击片换能元的制备方法，包括如下步骤：

(1)将洁净的铝、钛、氧化铝靶材及玻璃衬底，置于射频磁控溅射系统中，待真空达到5×10^-3Pa、温度达到200℃时，通入氩气流量为8SCCM，进行离子束预溅射，离子束预溅射的束流维持在60mA，偏置电流为90mA，预溅射时间5min，活化玻璃衬底，使其形成倒悬键；