МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК F42C1/00 

Изобретение относится к области создания универсальных взрывателей. Известны взрыватели, принцип работы которых заключается в использовании ударно-накольного действия и механическом воздействии на пиротехнические составы для поджига и взрыва бризантного взрывчатого вещества (см., например, патент РФ №2202765, МПК F42C 19/10, 2001 г.). Они состоят из накольно-предохранительного механизма, датчика цели, дистанционного устройства, механизма дальнего взведения и детонирующего узла. Недостатками этих конструкций являются: большие массогабариты, невоспроизводимое замедление взрыва за счет пиротехнических веществ.

Известен взрыватель (см. патент США №7942989, НКИ: 149/145, МПК: C06B 33/00; C06B 45/00; C06C 9/00; G01N 21/71, опублик. 09.12.2004 г.), состоящий из пластины нанокристаллического кремния, содержащего множество микропор с допированным водородом и твердым окислителем (перхлорат натрия, перхлорат лития, фторид калия и т.д.), осажденного внутри пор. Недостатком данного решения является невозможность использования в различных видах боеприпасов, отсутствие конкретных размеров толщин и областей пористого кремния, отсутствие механизмов регулирования времени взрыва.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом микроэлектромеханическом взрывателе, заключается в увеличении эффективности взрывателя, обеспечении регулируемого взрыва.

Для реализации поставленной задачи в микроэлектромеханическом взрывателе, содержащем микроэлектромеханическую структуру (МЭМС), содержащем микроэлектромеханическую структуру из нанопористой пластины кремния, в порах которой допированы водород и окислитель, микроэлектромеханическая структура выполнена из расположенных последовательно и соосно кристалла кремния, в котором сформирована кантилевер-игла, кристалла кремния с допированными водородом и окислителем с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм, теплопроводящего элемента - кристалла из монокристаллического кремния и кристалла из кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм, установленных на стеклянной подложке, имеющей отверстие в центральной части, при этом коэффициент теплопроводности теплопроводящего элемента больше коэффициента теплопроводности кристалла из кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм, структура закреплена на рамке, встроенной в корпус, внутри которого создан вакуум.

Предлагаемый микроэлектромеханический взрыватель может быть использован в любых боеприпасах, поэтому является универсальным.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен описываемый микроэлектромеханический взрыватель.

Микроэлектромеханический взрыватель содержит структуру из последовательно расположенных соосно кристалла кремния с кантилевер-иглой, кремниевый кристалл 2 с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм, в порах которого допированы (включены) водород и твердый окислитель, теплопроводящий элемент - кристалл 3 из монокристаллического кремния и кристалл 4 из кремния с областью пористого кремния толщиной не менее 60 мкм, установленные на стеклянной подложке 5, имеющей отверстие 6 в центральной части. Вся структура крепится на рамку 7, которая встраивается (приклеивается) во внутренний объем корпуса 8. Корпус МЭМС узла закрыт нижней и верхней крышками 9 и 10.

Верхний кристалл 1 кремния является интегральным преобразователем давления, в центре которого сформирована кантилевер - игла, во втором кристалле 2 на стороне, обращенной к кантилевер - игле, напротив области пористого кремния сформировано отверстие. Конструкция из четырех кремниевых и одного стеклянного элементов соединяется сначала между собой, а затем устанавливается, любым нетермическим способом присоединения, в герметичный легкий алюминиевый корпус 8, верхняя 10 и нижняя 9 крышки которого выполнены незначительной толщины, а из корпуса откачан воздух, то есть создан вакуум.

Микроэлектромеханический взрыватель универсальный работает следующим образом:

Ударно-накольным механизмом любой конструкции протыкается верхняя крышка 10 МЭМС узла. При этом меняется давление внутри корпуса 8 и кристалла кремния 1 с кантилевер-иглой, механически воздействуя на область пористого кремния второго кристалла 2, что обеспечивает возгорание и последующую дефлаграцию пористого кремния. Монокристаллическая пластина 3 кремния, обладая теплопроводностью, превосходящей теплопроводность пористого кремния 2 (для болшей эффективности на два порядка), нагревается и передает тепло в область пористого кремния 4 в четвертой кремниевой пластине, находящейся в этажерочной конструкции на стеклянной подложке 5 с отверстием 6, воздействует температурой, инициирующей быструю экзотермическую реакцию в пористом кремнии 4, в нанопорах которого находится водород и выделяющийся при воздействии температуры из пероксидов кислород, протекающую в течение миллисекунд, обуславливающую создание ударных волн и возникновение детонационных процессов, заканчивающихся взрывом и выбросом струи газа через отверстие 6 в стекле 5 с непрореагировавшими частицами кремния всех слоев: стеклянной подложки 5, алюминиевого корпуса 8 и нижней крышки 9, являющимися инициаторами поджига бризантного вещества боеприпаса.

Время взрыва определяется и регулируется временем горения пористого кремния второго кремниевого кристалла 2, толщиной его пористого слоя и временем создания необходимого градиента температур при нагревании третьего монокристаллического кремниевого кристалла 3 (например, известно, что условием начала быстрой экзотермической реакции в пористом кремнии, выявленного экспериментальным путем, является температура не менее 900°С). Быстрая экзотермическая реакция в области пористого кремния четвертого кристалла развивается за миллисекунды и не задает задержку времени взрыва.

Применение микроэлектромеханического взрывателя универсального дает следующие отличия и преимущества:

1) огневая цепь реализуется на совершенно иных принципах, обеспечивая миниатюризацию конструкции;

2) удельный вес бризантного вещества в боеприпасе и эффективность применения повышаются.

Конструкция предлагаемого микроэлектромеханического взрывателя универсального миниатюрна и обеспечивает увеличение удельного объема бризантного взрывчатого вещества в стандартных боеприпасах, снижение массогабаритов, предусматривает только механические взаимодействия и не подвержена электромагнитным возмущениям среды (ЭМИ).

Функциональность микроэлектромеханического взрывателя универсальна, и его конструкция может быть дополнена или изменена для конкретных видов боеприпасов и их применений.

Изобретение относится к микроэлектромеханическим взрывателям. Микроэлектромеханическая структура выполнена из расположенных последовательно и соосно кристалла кремния, в котором сформирована кантилевер-игла, кристалла кремния с допированными водородом и окислителем с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм, теплопроводящего элемента - кристалла из монокристаллического кремния и кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм, установленных на стеклянной подложке, имеющей отверстие в центральной части. Кантилевер-игла обращена к пористому слою кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм. Коэффициент теплопроводности теплопроводящего элемента больше коэффициента теплопроводности кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм. Структура закреплена на рамке, встроенной в корпус, внутри которого создан вакуум. Техническая задача изобретения заключается в увеличении эффективности взрывателя и обеспечении регулируемого взрыва. 1 ил.

Микроэлектромеханический взрыватель, содержащий микроэлектромеханическую структуру, включающую кристалл кремния с областью пористого слоя, в порах которой допированы водород и окислитель, отличающийся тем, что микроэлектромеханическая структура выполнена из расположенных последовательно и соосно кристалла кремния, в котором сформирована кантилевер-игла, кристалла кремния с допированными водородом и окислителем с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм, теплопроводящего элемента - кристалла из монокристаллического кремния и кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм, установленных на стеклянной подложке, имеющей отверстие в центральной части, при этом кантилевер-игла обращена к пористому слою кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной до 50 мкм, коэффициент теплопроводности теплопроводящего элемента больше коэффициента теплопроводности кристалла кремния с областью пористого слоя толщиной не менее 60 мкм, структура закреплена на рамке, встроенной в корпус, внутри которого создан вакуум.