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某SCB点火具贮存性能及失效机理研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 失效分析国内外研究现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.2.3 SCB火工品失效分析技术的发展

1.3 本文研究的主要内容

2 SCB点火具加速寿命试验设计

2.1 加速应力选择

2.2 加速寿命试验

2.2.1 加速寿命试验的定义和目的

2.2.2 加速寿命试验的截尾方式

2.2.3 加速寿命试验分类

2.2.4 加速模型

2.3 试验设计

2.3.1 加速应力水平的确定

2.3.2 加速模型

2.3.3 试验过程

2.4 SCB点火具失效模式与影响分析(FMEA)

2.5 失效分析流程

3 贮存对SCB点火具外观形貌及电参数影响

3.1 样品准备

3.2 点火具的外观检测

3.3 贮存对点火具电参数的影响

3.4 脚线腐蚀

3.4.1 脚线腐蚀原因

3.4.2 脚线腐蚀的影响

3.5 本章小结

4 贮存对SCB点火具电爆性能的影响研究

4.1 电爆性能测试系统

4.2 贮存对点火具芯片爆发时间的影响

4.3 贮存对点火具药剂发火时间的影响

4.4 贮存对点火具感度的影响

4.5 本章小结

5 贮存对SCB点火具安全性的影响研究

5.1 贮存对静电放电安全性的影响

5.1.1 试验原理

5.1.2 试验结果

5.1.3 静电对点火具发火性能的影响

5.1.4 小结

5.2 贮存对1A1W5min试验的影响

5.2.1 试验原理

5.2.2 1A1W5min实验后点火具发火性能测试

5.2.3 小结

5.3 本章小结

6 SCB点火具贮存失效分析

6.1 相容性试验在药剂贮存失效分析中的研究

6.1.1 火工药剂常用的相容性测试方法

6.1.2 SCB点火具药剂相容性分析

6.2 化学动力学分析温度对失效的影响

6.3 SCB点火具贮存寿命估计

6.3.1 广义艾林模型预估SCB点火具贮存寿命

6.3.2 趋势线分析法预估SCB点火具贮存寿命

6.4 本章小结

全文结论

致谢

参考文献

附录

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摘要

火工品在使用前通常会有很长的贮存期,在贮存的过程中其可靠性和安全性有可能会产生变化。SCB火工品作为一种新技术火工品已在国内外得到应用,对其长期贮存过程中性能变化及失效机理开展研究是非常必要的。本文通过加速寿命试验的方法,研究某SCB点火具的贮存性能和失效机理。通过外观检测和性能试验,得到了某SCB点火具的性能与贮存时间的关系,并且确定了其失效模式和失效机理,预估了某SCB点火具的贮存寿命。主要结论如下:
  (1)该SCB点火具密封性能良好,内部药剂在贮存过程中主要受温度影响,仅外部封装结构会受到温湿度双应力的影响;
  (2)贮存对该SCB点火具电阻没有出现显著性影响,自加速寿命试验时间到21天开始,少量SCB点火具脚线开始出现腐蚀点,腐蚀点的出现未造成点火具断路、短路、电阻超差,可通过提高工艺水平,进一步减少腐蚀点出现的可能;
  (3)贮存未对SCB芯片产生影响,在电容68μF、发火电压23V条件下,均可靠发火,且SCB芯片的爆发时间具有很好一致性;
  (4)贮存造成该SCB点火具药剂发火时间增大,自加速寿命试验时间到21天开始,点火具药剂发火时间出现显著性变化,并呈现线性增大的趋势,这说明贮存对药剂产生了影响。随着加速寿命时间的增加,SCB点火具的50%电压增大,SCB点火具变钝感;
  (5)贮存未对该SCB点火具在电磁环境下的安全性和可靠性产生影响,不同贮存时间的SCB点火具在静电放电和1A1W5min中试验均未出现意外发火,且试验后仍能可靠发火。
  (6)通过外观检测和性能测试,最终确定该SCB点火具的失效模式为药剂发火时间延迟,其贮存失效机理为火工药剂贮存期间的药剂的热分解。通过DSC药剂热分析,对该点火具的装药进行相容性分析,结果显示该SCB点火具所用装药LTNR和亚铁氰化铅具有良好的化学相容性,能够长期贮存,但药剂的热分解一直缓慢存在,由于热分解,有效药量减少,最终导致点火具的药剂发火时间随着贮存时间的增加而增大;
  (7)通过广义艾林模型和趋势线分析两种方法分别对SCB点火具的贮存寿命估计,通过广义艾林模型计算得到SCB点火具的贮存寿命为22年,通过趋势线分析方法以SCB点火具的关键性能参数发火时间为依据,计算得到SCB点火具的贮存寿命为16年,保守估计该SCB点火具的贮存寿命为16年。

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