直列式爆炸箔點火及相關技術研究進展

簡昊天，汪 柯，高 峰，朱 朋，沈瑞琪

（1. 南京理工大學化學與化工學院，江蘇 南京 210094；2. 微納含能器件工業(yè)與信息化部重點實驗室，江蘇 南京 210094；3. 空裝駐西安地區(qū)第七軍事代表室，陜西 西安 710061）

1 緒論

直列式爆炸箔點火/起爆技術是近30 年來逐步成熟并得到廣泛應用的一種先進火工品技術，同時因其適于智能化、小型化和多點協(xié)同作用等特點，直列式爆炸箔點火/起爆技術被認為是實現(xiàn)新一代點火/起爆系統(tǒng)的重要技術途徑之一。

爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator，EFI），是實現(xiàn)直列式爆炸箔點火/起爆技術的關鍵元件，由美國Lawrence?Livemore 實驗室Stroud 等［1］于1976 年首次提出。EFI 的發(fā)展歷程如圖1 所示，經(jīng)過電爆所需能量較高的第一代EFI［2-3］和利用了集成電路工藝的第二代低能量爆炸箔起爆器（Low Energy EFI，LEEFI）［4］，目前已發(fā)展到第三代微爆炸箔起爆器（Micro EFI，McEFI）［5］。McEFI 的制備利用微機電（Micro?Electro?Mechanical System，MEMS）工藝，大幅度降低了生產(chǎn)成本，減小了器件體積，降低了發(fā)火能量；同時采用低成本、扁平化的平面高壓開關控制電容放電，使其更便于小型化應用。McEFI 設計理念和工藝方法常用薄膜集成工藝和低溫共燒陶瓷工藝［6］，近年來南京理工大學的楊智［7］使用印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）技術，將McEFI 和平面三電極開關集成在一塊PCB 上，進一步降低了EFI 的生產(chǎn)成本和難度。McEFI 還可以與其它先進微作動元件、傳感器和微納含能材料等集成封裝，實現(xiàn)換能信息化、結(jié)構微型化和序列集成化的第四代火工品［8-9］。

EFI 的本質(zhì)安全性在于：（1）其傳爆藥或點火藥與橋箔在空間上被加速膛和飛片層隔開；（2）橋箔爆炸需要數(shù)千安培的瞬態(tài)電流激勵（di/dt），因而對靜電、雜散電流、射頻等電磁環(huán)境具有較高的抵抗力，能適應復雜、極端的電磁環(huán)境；（3）EFI 所使用的許用傳爆藥和點火藥較為鈍感且具有較高的裝藥密度；（4）EFI 具有非線性發(fā)火的特點。EFI 的高安全性和高可靠性使得使用EFI 的火工序列沒有設置隔斷式安保裝置的必要性，故稱其為“直列式”［10］。隨著爆炸箔技術的進步和成熟，McEFI 的先進生產(chǎn)工藝和優(yōu)良性能符合裝置小型化、低成本和高安全性的需求，直列式起爆/點火系統(tǒng)也越來越受到重視。

目前，國內(nèi)外對EFI 的起爆機理研究已經(jīng)較為深入［11］，并在起爆六硝基茋（Hexanitrostilbene，HNS）方面有較為全面的研究［12］，而對沖擊片直接點火的點火機理研究較少。為此，筆者基于前人的工作，著眼于國內(nèi)外直列式爆炸箔點火的研究進展和應用，總結(jié)了直列式爆炸箔點火系統(tǒng)的控制原理、含能藥劑的直列式激發(fā)方式和相關技術等，探討了直列式爆炸箔點火需要深入研究的方向和亟待解決的問題。

2 直列式爆炸箔點火系統(tǒng)基本結(jié)構和研究現(xiàn)狀

直列式爆炸箔點火系統(tǒng)一般用于固體火箭的安全點火裝置（Ignition Safety Device，ISD）。ISD 主要由控制模塊（control module）和點火模塊（fire module）構成?？刂颇K由電子安全與解除保險裝置（Elec?tronic Safe and Arm Device，ESAD）構成，而點火模塊根據(jù)氣密性等要求一般分為兩種：一種稱為爆炸箔爆燃點火器（Exploding Foil Deflagration Initiator，EF?DI），EFDI 直接用點火藥硼?硝酸鉀（Boron?Potassium Nitrate，BPN）作為EFI 的輸出藥，被爆炸箔驅(qū)動的飛片撞擊而激發(fā)，完成點火動作；另一種稱為爆炸箔隔板點火器（Exploding Foil Through Bulkhead Initiator，EFTBI），由EFI 和隔板起爆器（Through Bulkhead Initi?ator，TBI）組成，EFI 起爆后，其產(chǎn)生的爆轟波經(jīng)TBI 的隔板透射，激發(fā)受主藥，受主藥輸出藥BPN 實現(xiàn)ISD 點火功能。ISD 構成示意圖如圖2 所示。

圖2 ISD 的兩種構成方式：（1）ESAD+EFDI；（2）ESAD+EFTBIFig.2 Two forms of ISD：（1）ESAD+EFDI；（2）ESAD+EFTBI

本節(jié)將根據(jù)直列式爆炸箔點火系統(tǒng)的結(jié)構，綜述ISD、ESAD、EFDI 和EFTBI 的作用特征和應用現(xiàn)狀。

2.1 直列式安全點火裝置（ISD）

2005 年，ATK 公司［13］設計了一款以LEEFI 為首發(fā)點火元件的ISD，如圖3 所示。圖3a 為ISD 整體結(jié)構示意圖，LEEFI 與ESAD 共同放置在點火器腔體內(nèi)部，該LEEFI 采用雷諾系統(tǒng)公司（Reynolds Systems，Inc.，RSI）的爆炸箔起爆技術，將該LEEFI 直接與輸出藥BPN結(jié)合，用于火箭發(fā)動機點火；圖3b 為ISD 內(nèi)部元件的分解視圖，高壓的電容放電單元（Capacitor Discharge Unit，CDU）和低壓的ESAD 被隔離元件隔開，以實現(xiàn)電磁屏蔽；圖3c 為ISD 內(nèi)部元件展開實物圖，電路集成在柔性硬質(zhì)電路卡上，可以采取手風琴式折疊放置于點火器中，盡可能地使得ISD 結(jié)構更加緊湊。ESAD根據(jù)符合要求的上位機信號命令解除保險后，使高壓電容充電并通過CDU 將能量釋放給爆炸箔使其發(fā)生電爆炸，完成起爆EFI 的功能。

圖3 ATK 公司的直列式LEEFI 點火器：（a）ISD 整體結(jié)構示意圖；（b）LEEFI和ESAD 爆炸視圖；（c）LEEFI和ESAD 實物展開圖［13］Fig.3 In?line LEEFI igniter of ATK company：（a）overall structure diagram of ISD；（b）explosion view of the LEEFI and ESAD；（c）physical expansion drawing of the LEEFI and ESAD［13］

使用EFI 的ISD 具有布局靈活的優(yōu)勢。根據(jù)設計需要，可以靈活地通過導線或?qū)П鞯日{(diào)整控制中樞、ESAD、EFI 和TBI 的布局，多樣化的布局選擇降低了系統(tǒng)設計難度。Ensign?Bickford 航空航天與防務公司［14］將ISD 的布局方式大致分為如圖4 所示的三類：（a）ISD 包含ESAD、EFI 和TBI 作為一個整體進行布局，與固體發(fā)動機點火器直接相連，根據(jù)上位機的控制和動力系統(tǒng)的命令進行動作，啟動點火器，實現(xiàn)固體推進劑點火；（b）ISD 被分為控制模塊（ISD Control Module）和點火模塊（ISD Fire Module），控制模塊一般由ESAD 組成，根據(jù)命令邏輯實現(xiàn)電子安保，點火模塊由DC?DC 高壓轉(zhuǎn)換單元和EFI 組成，兩個模塊可以根據(jù)需求分別設置在不同位置，僅通過信號線和電源線連接；（c）將ISD 中的TBI 單獨分離出來，ISD 起爆后通過柔性約束導爆索（Flexible Confined Detonation Cord，F(xiàn)CDCA）將爆轟傳遞給TBI 的施主藥，施主藥的爆轟通過隔板透射激發(fā)受主藥，點燃點火器。該ISD通過了設計鑒定，并通過了MIL?DTL?23659E 中規(guī)定的電烤爆試驗。

圖4 ISD 分布方式：（a）ISD 作為一個整體設置在點火器近端；（b）ISD 分離成控制模塊和發(fā)火模塊，分別進行設置；（c）ISD 布置在遠端通過FCDCA 起爆TBI 并點燃點火器［14］Fig.4 ISD distribution modes：（a）ISD set as the whole com?ponent at the proximal end of the igniter，（b）ISD which was separated and set into the control module and the fire mod?ule，respectively，（c）ISD arranged at the far end for detonat?ing the TBI and igniting the igniter through the FCDCA［14］

2015 年，PSEMC 公司［15］公布了一款采用ISD 的多點點火系統(tǒng)（Multi?Point，MPI），如圖5 所示。PSEMC 公司綜合考慮了安全性和技術難度，選擇采用“一個安?？刂疲鄠€點火單元”的多點點火模式。該模式可以最大限度利用已有的ESAD 技術和EFI 技術，降低開發(fā)新技術風險；同時可以根據(jù)不同使用環(huán)境的設計需求，快速調(diào)整設計結(jié)構和控制邏輯，降低技術升級風險成本。ESAD 向各個ISD 傳遞能源（Ordnance Power）和解除保險的命令信號。兩條信號通道分別采用數(shù)字信號（INH1）和模擬交流信號（INH2）以降低出現(xiàn)共模問題的風險。應用數(shù)據(jù)存取組件庫（Server Data Access Components，SDACs），ESAF 根據(jù)采集到的不同環(huán)境信息，發(fā)送解除安保信號給不同的ISD，實現(xiàn)根據(jù)任務環(huán)境需求而有選擇地進行點火。

圖5 多點ISD 點火系統(tǒng)構造示意圖［15］Fig.5 Structural diagram of the multipoint ISDs［15］

2021 年，Perrin［16］研究了目前應用環(huán)境對于戰(zhàn)術導彈ISD 的要求，認為ISD 需要具有多功能性，可以實現(xiàn)多任務要求，其安全性應當與彈頭引信對標。如圖6 所示，Perrin 對比了電機隔斷結(jié)構、全電子ISD 直列式結(jié)構和電機與光開關隔斷結(jié)構，認為直列式結(jié)構具有應用于多脈沖點火的可能性，且適應能力強。以JUNGHANS Defence 公司產(chǎn)品舉例，點火方式可以采取直接點火或者與TBI 結(jié)合使用。

圖6 ISD 安保方式對比［16］Fig.6 Comparison of different safe and arm methods of ISD［16］

ISD 系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代先進武器多功能多任務的點火模式，具有完成多點協(xié)同點火的能力，高安全性和高可靠性可以適應復雜環(huán)境的生存需求，是構建新一代點火系統(tǒng)的重要技術手段。

2.2 全電子安全與解除保險裝置（ESAD）

直列式爆炸箔點火系統(tǒng)由ESAD 提供安保措施，ESAD 的原理框圖如圖7 所示［17］。一般ESAD 有兩個靜態(tài)開關和一個動態(tài)開關。靜態(tài)開關分別根據(jù)環(huán)境信息和起爆指令，經(jīng)電子邏輯控制組件識別之后閉合。動態(tài)開關控制解除安保的時間窗，當在預設時間窗內(nèi)電子邏輯控制組件未觸發(fā)發(fā)火回路，則動態(tài)開關將重新斷開回路，使ESAD 回到安全狀態(tài)。

圖7 ESAD 原理框圖［17］Fig.7 Functional block diagram of ESAD［17］

在第48 屆引信年會上，F(xiàn)arris 等［18］提出用LEEFI 和ESAD 將傳統(tǒng)點火系統(tǒng)進行改造升級，提高安全性和可靠性。2005 年，ATK 公司的ISD［13］通過使用包括嵌入式電子邏輯的獨立電子元件，確保當命令以正確的順序接收時ISD 方可作用，其命令接收邏輯如圖8 所示。序列#1，ISD 處于安全模式，此時沒有外來信號輸入。ISD 會一直保持安全模式直到輸入“ISD_EN?ABLE”命令，ISD 轉(zhuǎn)到序列#2 狀態(tài)，兩個定時器開始根據(jù)設置的時間窗口進行計時。此時，ISD 仍未被激活。經(jīng)過最小設置時間后，ISD 轉(zhuǎn)為序列#3 所示的激活狀態(tài)，準備好接受“ISD_ARM_FIRE”命令。當接到此命令后，處于序列#4 狀態(tài)時，放電回路被接通電源，發(fā)火電容開始充電。ISD 會在200 ms 內(nèi)獲得序列#5 解除保險狀態(tài)。如序列#5 所示，集成平面開關（Integrated Planar Switch，IPS）會限制發(fā)火電壓直到電壓超過IPS的擊穿電壓。序列#6，當達到IPS 擊穿電壓，IPS 被擊穿使發(fā)火回路導通，EFI 起爆。

圖8 ATK's ESAD 的命令接受邏輯順序與狀態(tài)［13］Fig.8 The logic sequence for accepting the order and states of ATK's ESAD［13］

在第53 屆引信年會上，美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）［19］展示了其自20 世紀80 年代以來，在ESAD 和CDU 上的成果，如圖9 所示，反映了ESAD 微小型化集成化的趨勢。隨著MEMS 工藝技術的發(fā)展，出現(xiàn)了整體式微型電容放電單元，ES?AD 微小型化得到進一步的發(fā)展。

圖9 桑迪亞國家實驗室ESAD 的發(fā)展［19］Fig.9 The development of ESADs of Sandia National Labora?tories［19］

2011 年，美國海軍［20］公布了其低成本微型ESAD的研究成果，如圖10 所示。該裝置采用超低成本的高壓組件和LEEFI，體積已縮小至1.1 in3（約18.02 cm3），預計在采用三層重疊隔離結(jié)構后，裝置可以進一步縮小體積到0.44 in3（約7.21 cm3）。

圖10 低成本微型ESAD［20］Fig.10 Low cost micro ESAD［20］

第55 屆引信年會，Harward 等［21］提出對現(xiàn)行的ESAD 電路進行升級。當發(fā)火電路的電壓達到全發(fā)火電壓時，武器系統(tǒng)則判定為解除保險狀態(tài)。如果武器系統(tǒng)出現(xiàn)意外地或過早地進入解除保險狀態(tài)，則該武器系統(tǒng)是不安全的。為了滿足現(xiàn)行ESAD 需求，大多數(shù)武器系統(tǒng)都配有高能量熱電池，而該熱電池可以快速地為ESAD 提供發(fā)火能量。這導致一旦電路出現(xiàn)問題，武器系統(tǒng)會很快被熱電池激發(fā)，進入解除保險狀態(tài)，造成安全隱患。因此，Harward 等對ESAD 電路進行了如圖11 所示的升級，其中藍色部分覆蓋的電路為改造升級的電路。升級后的ESAD 可以使用低能量電源供電，并通過控制電流的大小，使其以恒定的速率積累。當滿足發(fā)火條件時，儲存的能量再通過變壓器升壓，使EFI 發(fā)火。由于使用恒定電流積累能量，則可以控制能量積累達到全發(fā)火能量的時間，避免出現(xiàn)武器系統(tǒng)過早進入解除保險狀態(tài)的情況。選擇低能量電源要考慮當高壓變壓器短路時，確保電源提供的能量不足以發(fā)火。這種升級后的ESAD 僅使用低能量電源，避免了高能量電源帶來的潛在風險，并通過發(fā)火能量積累時間和發(fā)火能量低壓積累提供了新的安全保護措施，進一步提高了ESAD 的安全性。

圖11 Raytheon 公司對ESAD 的升級：藍色覆蓋部分為升級組件［21］Fig.11 Upgrade of ESAD from the Raytheon company. The upgrade component was indicated by blue color［21］

2016 年，Perrin［22］總結(jié)了歐洲ESAD 從20 世紀90年代到2015 年的發(fā)展，如圖12 所示，概述了ESAD 具有的優(yōu)勢特點：含能藥劑高度鈍感；抗靜電和抗電磁干擾能量強；可以抗高過載；電子安全管理靈活，全生命周期可檢測；系統(tǒng)失效后可以恢復安全狀態(tài)降低風險；滿足“智能彈藥”的多點起爆、精確發(fā)火等設計要求。

圖12 歐洲ESAD 發(fā)展歷程［22］Fig.12 The development process of ESADs of European com?panies［22］

2020 年，美國桑迪亞國家實驗室［23］強調(diào)小型化是先進引信技術的重要課題之一，并展示了其設計的高度集成的微型ESAD，如圖13 所示。參考物10 美分硬幣的直徑為17.91 mm，厚度為1.35 mm。因此推測，圖13 所示的兩款微型ESAD 體積分別為約0.97 cm3（左一）和約1.76 cm3（右一），均小于2011 年預期的0.44 in3［20］。這種微型ESAD 不但有利于點火或起爆裝置的小型化，還是點火或起爆裝置實現(xiàn)多點作業(yè)和嵌入彈藥等功能的重要基礎。

圖13 桑迪亞國家實驗室的微型ESAD［23］Fig.13 micro ESAD of Sandia National Laboratories［23］

2.3 爆炸箔爆燃點火器（EFDI）

2005 年，KDI 精密器件公司［24］以1967 年Forrest?al 航空母艦著火引起彈藥殉爆，造成巨大損失和人員傷亡為背景，提出ESAD 和LEEFI 技術發(fā)展有利于提高ISD 的安全性，并提出EFDI 的概念和相關產(chǎn)品，如圖14 所示。EFDI 在EFI 的結(jié)構上增加了點火藥BPN，使輸出由HNS 的爆轟轉(zhuǎn)變?yōu)锽PN 的燃燒，從而完成ISD 點火動作。

圖14 EFDI 示意圖和L3 公司的EFDI 產(chǎn)品［24］Fig.14 The schematic of EFDI and a EFDI product from L3 company［24］

2011 年，楊振英等［25］為了降低爆炸箔點火器的發(fā)火能量，采用如圖15 的兩級裝藥以構成點火器的含能藥劑：一級裝藥為超細BPN，其硼粉的平均粒徑為0.59～0.62 μm，KNO3的平均粒徑＜3 μm，以此提高BPN 點火藥的飛片點火感度，降低爆炸箔點火器的發(fā)火能量；二級裝藥為未經(jīng)過細化處理的傳統(tǒng)BPN 鈍感點火藥，作為點火器的輸出藥。在該實驗中，超細BPN 的全發(fā)火能量低至55 mJ。張玉若等［26］研究了EFI 橋箔形貌和BPN 點火藥原料粒度對于沖擊片點火器所需發(fā)火能量的影響，其結(jié)果認為：致密形貌的橋箔可以增強EFI 的點火能力，細化的硼粉和KNO3可以提高BPN 的感度，均有利于降低沖擊片點火器的發(fā)火能量。

圖15 爆炸箔點火器二級裝藥示意圖［25］Fig.15 The schematic of two?level charge in EFDI［25］

2016 年，在第59 屆引信年會，英國e2v 公司［27］展示了一款可以用于固體燃料發(fā)動機點火的直列式爆炸箔ISD，為了進一步縮小點火器結(jié)構尺寸，該ISD 舍棄TBI，使用了爆炸箔飛片直接撞擊BPN 點火的EFDI 作為點火器，圖16 是其結(jié)構的分解視圖：低壓ESAD 和高壓CDU 以及EFDI 都裝在同一個腔體中。低壓ESAD 和高壓CDU 通過隔板分離，實現(xiàn)電子屏蔽；爆炸箔與CDU 用腳線相連，采用絕緣的陶瓷板隔開，實現(xiàn)含能藥劑和高壓電路分離，BPN 藥柱則由固定塊限制移動和金屬薄片封裝。

圖16 英國e2v 公司的爆炸箔點火器結(jié)構示意圖［27］Fig.16 The structural diagram of English e2v's EFDI［27］

2021 年，Excelitas 公司［28］基于原有的藍芯起爆器（Blue Chip@ Initiator），開發(fā)了一種直接點火的EFDI，如圖17 所示，與KDI［22］同樣選擇了先由飛片起爆HNS，再由HNS 引燃BPN 藥柱。該EFDI 的輸出端預先刻出凹槽，當BPN 燃燒時，燃燒產(chǎn)物在腔體內(nèi)造成高壓，薄弱的凹槽會成為腔體破壞的突破口，輸出端根據(jù)凹槽形狀呈花瓣狀展開，釋放燃燒產(chǎn)物進行點火。這種預制凹槽減小了輸出端因高壓燃燒產(chǎn)物的釋放對輸出端破壞的不確定性，避免了隨機的輸出端碎片對點火性能帶來的負面影響。

圖17 Excelitas 公司的EFDI［28］Fig.17 The EFDI from the Excelitas company［28］

目前國外設計生產(chǎn)成熟的EFDI 產(chǎn)品的公司有德國JUNGHANS Defence、英國e2v、美國Excelitas、Reynolds Systems、PSEMC、Ensign?Bickford、ATK、Raytheon 和L3 Technologies 等?？偟膩碚f，EFDI 的裝藥結(jié)構可以分為Slapper?BNP 和Slapper?HNS?BPN兩類，前者如圖15 和圖16 所示，后者如圖14 和圖17所示。根據(jù)實踐經(jīng)驗，Slapper?BNP 裝藥結(jié)構所需發(fā)火能量較小，對殼體強度要求較低。但Slapper?BNP裝藥結(jié)構往往需要采用超細化的BPN 作為一級裝藥，飛片才可以用較低能量將其點燃，這使得該裝藥結(jié)構對BPN 的粒度和混合均勻性有較高要求，同時BPN 組分的超細化對藥劑的安全性、可靠性和安定性帶來的具體影響仍不明確。Slapper?HNS?BPN 裝藥結(jié)構利用EFI 的成熟技術降低了技術風險，HNS?IV 作為直列式許用單質(zhì)炸藥，相對于復合點火藥BPN 具有更高的安定性，使用HNS?IV 對短脈沖沖擊做出響應，再通過HNS?IV 的高熱值和高爆轟壓力共同作用點燃BPN 藥柱，增強了EFDI 的可靠性和瞬發(fā)度。但需要注意HNS的反應較為猛烈，如果產(chǎn)生的壓力過強會破壞BPN 藥柱甚至點火器殼體的結(jié)構，導致EFDI 輸出不穩(wěn)定，同時該結(jié)構需要更高的發(fā)火能量確保HNS?IV 起爆。

直列式爆炸箔點火技術以LEEFI 和ESAD 的高安全性、低成本和小型化等優(yōu)勢為核心，又在McEFI 技術的基礎上得到二次發(fā)展，目前已成為支撐鈍感彈藥與低易損發(fā)動機平臺的一項高安全、可兼容彈道以及制導等的低功耗點火技術。

綜合分析EFDI 和ESAD 的演變，小型化和低能化是二者最重要的發(fā)展方向，這符合直列式點火系統(tǒng)多點協(xié)同點火技術的需求。直列式點火系統(tǒng)為了完成多點作業(yè)需要更多的EFDI 和ESAD，因此也需要占據(jù)更多的彈體內(nèi)部空間。EFDI 和ESAD 的小型化可以減小彈內(nèi)空間設計難度，有利于直列式點火系統(tǒng)布署多點作業(yè)。EFDI 和ESAD 的低能化不但可以提高直列式點火系統(tǒng)的安全性，還降低了對DC?DC 高壓轉(zhuǎn)換單元的要求，有利于該單元的小型化。為了實現(xiàn)直列式點火系統(tǒng)元器件小型化，使EFDI 和ESAD 結(jié)構一體化成為一條切實可行的技術路線。將EFDI 與ESAD 高度集成，可以縮小裝置體積、降低能耗和提高能量利用率，但該方法對集成電路技術有較高要求和一定技術門檻。

2.4 爆炸箔隔板點火器（EFTBI）

固體火箭的推進劑燃燒時，產(chǎn)生的大量氣體會對腔體產(chǎn)生較大的壓力，而點火器結(jié)構與燃燒室連通，也會受到燃燒氣體產(chǎn)物的作用。為了避免燃燒氣體破壞前端控制系統(tǒng)和滿足燃燒室密閉性要求，點火器需要在高溫高壓下提供較長時間的氣密性。相比仍需要兩根腳線與前端CDU 連接的EFDI，EFTBI 可以更好地滿足固體火箭發(fā)動機對氣密性的要求。

根據(jù)EFTBI 與前后器件連接方式的不同，可以分為直連式和分裝式：如圖18a 所示，直連式EFTBI 的施主藥與前端起爆部分直接相連，僅有受主藥部分的殼體有螺紋可與其它裝配器件進行組裝，這種EFTBI 在生產(chǎn)和貯存時，往往與EFI 直接連接封裝在一起；分裝式EFTBI，如圖18b 所示，TBI 施主藥與前端的LEEFI 通過殼體外螺紋連接，當LEEFI 爆炸后突破施主藥的封裝殼體，便可以起爆TBI 的施主藥，TBI 的受主藥受到經(jīng)隔板透射的沖擊波刺激而發(fā)火后，燃燒產(chǎn)物通過與受主藥連接的傳火管道對下一級點火藥進行點火。分裝式EFTBI 在生產(chǎn)和貯存時可以單獨封裝，在使用時再進行裝配。分裝式EFTBI 在全生命周期具有更好的安全性，便于單獨進行測試。

圖18 EFTBI 的結(jié)構：（a）直連式［29］；（b）分裝式［30］Fig.18 The structures of EFTBI：（a）directly connected［29］，（b）separately assembled［30］

EFTBI 受主藥的激發(fā)有多種方式。如圖19 所示，Excelitas 公司［31］的這款基于ESAD 和EFI 的ISD，EFTBI受主藥由兩級裝藥構成，第一級裝藥HNS 在沖擊波激發(fā)后發(fā)生劇烈的化學反應產(chǎn)生爆燃甚至爆轟，激發(fā)作為第二級輸出藥的BPN 藥柱。受主藥的兩級裝藥結(jié)構，第一級裝藥往往起到接受刺激引燃第二級裝藥的作用，而第二級裝藥作為輸出藥保證EFTBI 的輸出性能。該EFTBI 的受主藥二級裝藥直接接觸，炸藥產(chǎn)生的熱量和沖擊波直接作用在點火藥柱上，因此需要考慮HNS 的爆燃甚至是爆轟對BPN 藥柱結(jié)構的影響。

圖19 Excelitas 公司的直列式隔板ISD［31］Fig.19 The in?line thru?bulkhead ISD from the Excelitas company［31］

為了避免一級裝藥對輸出藥柱的結(jié)構產(chǎn)生破壞，從而影響EFTBI 燃燒輸出性能，常在第一級裝藥和第二級裝藥直接留有空氣隙，如圖20 所示?？諝庀稌p炸藥爆燃產(chǎn)生的過高壓力，避免BPN 藥柱因高壓而發(fā)生破碎、裂紋等損傷，使得燃燒出現(xiàn)不均勻不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由于兩級裝藥分離的緣故，裝配設計時需要注意各自的限位，空氣隙與隔板的約束還起到限位第一級裝藥的作用。值得注意的是，EFTBI 的隔板結(jié)構有兩種：如圖20a 所示，輸出藥室在封裝受主藥時，其靠近EFI 的端面起到了隔板結(jié)構的功能，由于這種隔板是由可獨立封裝的輸出藥室提供的，故稱其為外隔板；如圖20b 所示，隔板結(jié)構與EFTBI 殼體成一體化，隔板屬于EFTBI 的內(nèi)部固有結(jié)構，故稱其為內(nèi)隔板。

圖20 兩種帶空氣間隙的二級受主藥EFTBI：（a）Reynolds Systems，Inc.［32］；（b）Agency for Defense Development［33］Fig.20 Two EFTBIs with two?level charge and the air gap：（a）Reynolds Systems，Inc.［32］，（b）Agency for Defense De?velopment［33］

EFTBI 受主藥的激發(fā)，除了使用炸藥作為第一級裝藥點火藥，還可以使用可反應箔片利用氧化還原反應放熱作為引燃方式，如圖21 所示。Reynolds Sys?tems 公司［34］的EFTBI 在隔板結(jié)構與受主藥之間，除了留有空氣隙，還用可反應箔片（reactable member）和氧化物箔片（oxidizer member）組成第二個隔板。當施主藥產(chǎn)生的爆轟波透過隔板作用在第二個隔板上，可反應箔片和氧化物箔片將受到強烈的擠壓而發(fā)生氧化還原反應，放出大量熱而發(fā)生燃燒，因此可以點燃EFTBI 的受主藥。這種受主藥激發(fā)方式，根據(jù)其結(jié)構和作用特征，可稱其為二階反應性隔板點火。反應性隔板點火可以將高活性金屬等材料引入EFTBI 設計，從而為提高EFTBI 的安全性和可靠性提供新的技術手段，值得進一步對其點火閾值、發(fā)火機理、輸出性能和設計優(yōu)化等進行系統(tǒng)性研究。

圖21 二階反應性隔板點火結(jié)構［34］Fig.21 Secondary reactable bulkhead igniter structure［34］

3 直列式許用點火藥

直列式點火/起爆序列對許用含能材料有較為嚴格的規(guī)定，而BPN 是美軍標準MIL?STD?1901A 中唯一許可的直列式點火藥［35］。該標準規(guī)定，若直列式點火序列中使用其它點火藥劑，必須證明該藥劑安全性不低于BPN 標準。因此，研究直列式點火技術必須了解BPN 的點火機理和燃燒性能。

1998 年，Wang 等［36］用一級空氣炮撞擊鋁板并引燃隔板后的BPN，使用錳銅壓力計測出沖擊波透過鋁板傳遞給BPN 的壓力，從而獲得BPN 點火所需的臨界點火壓力。其結(jié)果為密度1.59 g·cm-3的BPN 藥柱的臨界點火壓力為1.52 GPa，點火延遲時間為3.45 μs。在第35 屆聯(lián)合推進會議，Risha 等［37］介紹了一種可以測量燃燒固相氣相質(zhì)量流的裝置；同時提出一個用于多相生成物的理論模型，通過“壓力?時間”曲線和總?cè)紵|(zhì)量就可以計算點火器的氣相和固相生成物流量。研究結(jié)果表明，BPN 燃燒產(chǎn)物主要是固相成分，但是隨著初始溫度升高，BPN 總?cè)紵|(zhì)量會增大，而燃燒產(chǎn)物中固相成分的比例會逐漸降低。

2001 年，Miyata 等［38］研究了BPN、硼?高氯酸鉀（boron?potassium perchlorate，BPP）和硼?高氯酸銨（boron?ammonium perchlorate，BAP）三種硼系點火藥的燃燒特征和反應動力學，認為其主要反應區(qū)分別在液相、燃燒表面和氣相。研究認為，B 和KNO3的熔化溫度差距大，根據(jù)實驗結(jié)果，KNO3在606 K 吸熱熔化，而在820 K 發(fā)生分解反應，因此BPN 的主要反應區(qū)在液相。BPN 在其燃燒波結(jié)構中的反應變化如圖22所示：在燃燒表面有一層厚的熔融KNO3的液相層，B通過時發(fā)生反應生成KBO2，有一部分完全反應，有一部分保持反應被噴射到氣相；在氣相中KBO2分解為B2O3形成氧化層，阻止B 粒子進一步發(fā)生氧化反應。

圖22 BPN 在燃燒波中反應示意圖［38］Fig.22 The schematic diagram of BPN reaction in the com?bustion wave［38］

為了進一步提高BPN 的點火能力，將BPN 的組分進行細化以提高其化學反應速率和燃燒效率成為一個受到重視的方向。超細BPN 的制備、配方、感度和性能都受到關注。

2010 年，王蕾等［39］研究了超細BPN 配方對藥劑安全性的影響。通過噴射細化得到粒徑為3 μm 左右的KNO3，然后與B 進行機械混合，黏結(jié)劑為酚醛樹脂或氟橡膠。結(jié)果認為，當B 和KNO3的質(zhì)量分數(shù)比為1∶1 時，靜電感度最低；作為黏結(jié)劑，酚醛樹脂比氟橡膠更能降低藥劑的靜電感度。齊海濤等［40］進一步研究了超細BPN 的安全性，一方面其結(jié)果驗證了王蕾的結(jié)論，另一方面對藥劑的撞擊感度和摩擦感度進行測試：超細BPN 具有撞擊感度低，摩擦感度高的特點。

2015 年，Suzan Koc 等［41］對比了“納米B 與微米B”、“化學計量比藥劑與富燃料藥劑”對BPN 性能的影響。其研究結(jié)果表明：（1）含納米B 的BPN（nano B?BPN）燃燒速度更快，釋放熱量更多，升壓速度更快，但壓力值稍微比含微米B 的BPN（micro B?BPN）小；（2）nano B?BPN 的燃燒效率（93%）比micro B?BPN 的燃燒效率（62%）高很多；（3）nano B?BPN 的撞擊感度和摩擦感度基本上與micro B?BPN 相當；（4）富燃料BPN 藥劑產(chǎn)生的熱量比化學計量比BPN 藥劑高。在第53 屆聯(lián)合推進會議上，Suzan Koc 等［42］又介紹了關于納米B 對BPN 彈道性能影響的研究。如圖23 所示，相較于micro B?BPN，nano B?BPN 具有更高的壓力輸出，更短的燃燒延遲時間，并且具有良好的均一性。同時提出，納米B 雖然會提高BPN 的彈道性能，但是其在處理和運輸?shù)倪^程中有更高的與空氣中氧化劑反應的傾向。另外，藥劑粒度分布寬和黏結(jié)劑偏少會使得藥劑成分不均勻，最后導致燃燒速率高度分散。

圖23 微米硼粉BPN 和納米硼粉BPN 的燃燒壓力［42］Fig.23 The combustion pressures of BPN with micro boron powder or nano boron powder［42］

2016 年，施金秋［43］詳細地研究了KNO3的超細化工作，通過氣流粉碎的機械超細化技術，完成超細KNO3的制備。考慮到超細KNO3吸濕結(jié)塊的問題，研究了其表面改性：用氣相和液相兩種方式將十八烷胺包覆在超細KNO3表面，極大減小了其吸濕性，并檢測了它們的熱分解性能；結(jié)果表明，質(zhì)量分數(shù)為1.5%的液相十八烷胺包覆的超細KNO3防吸濕防結(jié)塊團聚效果最好，但當十八烷胺質(zhì)量分數(shù)大于1%會導致超細KNO3分解溫度升高。 制備了3 種BPN：原料KNO3?B，超細KNO3?B，超細KNO3/B 復合粒子。原料KNO3?B 和超細KNO3?B 僅通過簡單混合，超細KNO3/B 復合粒子的形貌和包覆情況經(jīng)表征顯示其具有核?殼結(jié)構，如圖24 所示。圖24a 顯示一個明顯的KNO3粗糙層連續(xù)分布是以B 為核心的表面，復合粒子也相對完整；圖24b 表明硼“微米殼核”與超細KNO3微薄片緊密地貼合，并完全覆蓋，形成了典型的核?殼結(jié)構。研究結(jié)果顯示，超細KNO3/B 復合粒子比原料KNO3?B 和超細KNO3?B 具有更好的低溫穩(wěn)定性、更低的撞擊感度和摩擦感度。

圖24 超細KNO3/B 復合粒子的SEM 和TEM 圖［43］Fig.24 SEM and TEM images of ultrafine KNO3/B composite particles［43］

Zhong 等［44］在2019 年以硝化棉纖維（NC）作為黏結(jié)劑使用靜電噴霧制造了BPN。靜電噴霧制造的BPN（S?B/KNO3）粒度為1～5 μm。KNO3被NC 和B 均勻包覆，如圖25 所示，燃燒時NC 先分解，然后KNO3熔化并與B 發(fā)生反應；B 與KNO3均勻分布的S?B/KNO3比簡單混合的不均勻的B/KNO3反應更完全。當m（B）∶m（KNO3）=1∶1，NC 量為13%時，S?B/KNO3的顆粒包覆和表面狀況最好；此時點火器的燃燒壓力從0.901 MPa 升高到1.014 MPa，點火延遲時間從2.32 s 降低至2.18 s。

圖25 S?B/KNO3和B/KNO3的反應過程［44］Fig.25 The reaction process of S?B/KNO3 and B/KNO3［44］

目前對于BPN 的研究，多基于組分粒度的微納米化和核?殼結(jié)構等對于BPN 吸濕性、安定性和燃燒特性等性能的影響。在直列式爆炸箔點火方面，具有針對性的可參考的BPN 研究不夠豐富。對于直列式爆炸箔點火技術，應全面并深入地研究BPN 的爆炸箔點火機理、界面能量轉(zhuǎn)換形式和藥劑組分（如粒度、純度和比例等）對爆炸箔點火感度的影響因素及規(guī)律，總結(jié)BPN 的爆炸箔點火判據(jù)，為直列式爆炸箔點火技術應用提供具體詳細的科學理論和實驗數(shù)據(jù)支撐。

4 直列式爆炸箔點火技術的相關標準

隨EFI 和直列式起爆/點火系統(tǒng)的應用和發(fā)展，美國和中國等均制定了相關的設計、生產(chǎn)、試驗及驗收過程的標準。中國兵器工業(yè)標準化研究所的伊若［45］總結(jié)了我國現(xiàn)有與直列式爆炸序列相關的標準，如表1所示。

表1 國內(nèi)標準與美軍標對照表［45］Table 1 Comparison of domestic standard to foreign standard［45］

表1 中有5 項標準直接指導直列式爆炸序列的設計和鑒定：（1）GJB 373A-1997《引信安全性設計準則》和GJB 2865-1997《火箭和導彈固體發(fā)動機點火系統(tǒng)安全性設計準則》分別是引信安全設計、火箭和導彈固體發(fā)動機點火系統(tǒng)安全設計的頂層標準，同樣適用于直列式起爆/點火序列；（2）GJB 6456-2008《引信電子安全與解除保險裝置設計準則》適用于直列式ESAD 的設計；（3）GJB 344A-2005（目前更新版本為GJB 334A-2020）《鈍感電起爆器通用規(guī)范》規(guī)定了屬于B 類鈍感起爆器的EFI 的安全性要求；（4）GJB 573A-1998《引信環(huán)境與性能試驗方法》規(guī)定了直列式起爆序列需要滿足的鑒定試驗要求。

這5 項標準關于直列式起爆/點火系統(tǒng)的內(nèi)容基本上由對應的美軍標轉(zhuǎn)化而來，但經(jīng)過長時間的發(fā)展，這些標準相對國內(nèi)爆炸箔技術較為滯后，與不斷更新版本的對應美軍標形成一定的差距。 目前MIL?STD?1316D 已經(jīng)修訂至F 版，可以在ESAD 滿足GJB 6456?2008 的基礎上對其性能設計進行指導。MIL?DTL?23659D 修訂至F 版，附錄部分發(fā)生了重大調(diào)整，將原來的爆炸箔起爆器規(guī)范（exploding foil ini?tiator certification）修改為直列式起爆器規(guī)范（in?line initiator certification），并且明確說明了直列式起爆器（In?Line Initiator，ILI）指用于起爆傳爆序列的爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator，EFI）和用于點火系統(tǒng)的直列式爆燃點火器（Deflagrating In?Line Initiator，DILI）這兩種起爆或點火器件。這也說明直列式爆炸箔點火技術的應用已得到實踐認可，進入裝備標準化階段。

4.1 直列式點火序列設計安全標準

MIL?STD?1901A 在2002 年替代了10 年前的舊版本，是適用于彈藥、發(fā)射藥等武器點火系統(tǒng)的設計安全標準，明確了使用直列式點火必須滿足的安全條件。

MIL?STD?1901A 規(guī)定了一個“500 V 電壓試驗”，用于測試最大允許電感度和電烤爆試驗無法適用于MIL?I?23659 的直列式點火器：該試驗要求點火器經(jīng)過點火系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的，無論是意外狀況還是正常狀況的，所有頻率、波形和電壓的電流而不發(fā)火，或發(fā)火但不造成危險。其中試驗電壓不僅包括點火系統(tǒng)在生產(chǎn)、儲存和使用過程中可能出現(xiàn)的各種電壓，還需附加一個500 V 的電壓用于安全性測試，故稱為“500 V電壓試驗”。該試驗是一種適用于直列式點火器的特殊安全試驗方法。

該標準規(guī)定了在使用直列式許用含能藥劑（見4.2）的情況下，必須使用隔斷機構的情況和無須使用隔斷機構形成直列式點火系統(tǒng)的情況：

（1）當點火序列元件有使用低壓裝置時，點火序列至少需要一個隔斷機構。低壓裝置定義為工作電壓小于500 V 或小于在“500 V 電壓試驗”中出現(xiàn)的最大電壓的裝置；

（2）高壓點火序列在滿足以下條件時可以不使用隔斷機構：點火器滿足MIL?I?23659 附錄A 的要求；通過“500 V 電壓試驗”而不發(fā)火或發(fā)火但不對系統(tǒng)安全造成不良影響；在安裝到彈藥或其子系統(tǒng)后，應用于ISD 的點火器不能因為任何曾在“500 V 電壓試驗”中出現(xiàn)的電壓而發(fā)火。

可見，“500 V 電壓試驗”對于直列式點火器的設計安全的檢測是較為重要的，能夠通過“500 V 電壓試驗”是直列式點火器安全性測試的重要環(huán)節(jié)。MIL?STD?1901A 并未明確指出將500V 電壓用于安全性測試的理由，但考慮到直列式點火器在研制、生產(chǎn)、檢測和使用過程中會較長時間連接電源，而美國工業(yè)電壓一般在480 V 左右，因此有理由認為“500 V 電壓試驗”是綜合了直列式點火器常用環(huán)境和美國用電情況所設計的安全性測試：要求直列式點火器進行檢測和調(diào)試時，即使失誤直接接入工業(yè)用電，也可以保持安全狀態(tài)，不可因此導致直列式點火器發(fā)火或因發(fā)火造成危險。

4.2 直列式許用含能藥劑標準

MIL?STD?1901A 和MIL?STD?1316F［46］規(guī)定直列式點火序列可以使用的含能藥劑及其應符合的對應標準見表2。

以上直列式許用含能藥劑在使用時，必須遵守相關規(guī)定，不能以任何方式（如研磨、重結(jié)晶、改變密度和添加其它材料等）增加含能藥劑的感度，除非經(jīng)過重新鑒定。

如果要在ISD 中使用表2 中未列有的藥劑，需要滿足以下兩個條件之一：

表2 許用含能材料［35，46］Table 2 Approved energetic materials［35，46］

（1）藥劑材料可以通過MIL?STD?1751 的試驗或通過OD44811“傳爆藥合格要求”和“熱橋絲點火試驗”。

（2）如果藥劑材料不能滿足MIL?STD?1751 或OD44811 的試驗要求，那么藥劑材料可以通過對比試驗，將其與合格的BPN 處于同一試驗環(huán)境中測試感度、穩(wěn)定性和老化性能。如果藥劑材料的性能不劣于BPN，則可以使用。

研究國內(nèi)外ISD 設計發(fā)現(xiàn)，BPN 是唯一直列式許用點火藥，HNS?IV 常用來接受高速飛片撞擊或隔板沖擊波的刺激并引燃BPN，因此將重點研究這兩種含能藥劑的相關標準。

4.2.1 HNS?IV 標準

HNS?IV 遵守標準為MIL?E?82903（OS）［47］，該標準制定于1994 年，用于取代WS 32972A。MIL?E?82903（OS）定義HNS?IV 材料是一種超細顆粒，比表面積為5～25 m2·g-1。壓裝HNS?IV 藥柱的密度應在（1.570±0.005）g·cm-3。HNS?IV 的物理和化學性能是影響其感度、安定性和輸出性能的重要因素，是標準中應當注意的重要部分。MIL?E?82903（OS）對HNS?IV 物理和化學性能的要求列于表3。

MIL?E?82903（OS）制定了關于HNS?IV 的在生產(chǎn)、包裝、性能檢測等方面的一系列標準，這里將不再一一贅述。1999 年MIL?E?82903（OS）的1 號修訂案［48］未對HNS?IV 的相關內(nèi)容做出變動。

我國于2013 年發(fā)布并實施了由中國工程物理研究院化工材料研究所編制的GJB 8139-2013《超細六硝基茋炸藥規(guī)范》［49］，規(guī)定了我國超細六硝基茋炸藥的技術要求，與表3 基本相同，較為明顯的區(qū)別在于：

表3 HNS?IV 物理和化學性能［47］Table 3 Physical and chemical properties of the HNS?IV［47］

（1）GJB 8139-2013 的真空穩(wěn)定性測試方法與MIL?E?82903（OS）的不盡相同，在于測試時間上前者要求測試140 min 而后者將140 min 分為前20 min和后續(xù)120 min 兩階段，在釋放氣體體積要求上前者允許釋放氣體體積比后者大。

（2）對于飛片起爆感度，GJB 8139-2013 規(guī)定50%發(fā)火電流不得大于1.7 kA，而MIL?E?82903（OS）規(guī)定飛片平均速度為2.70～3.00 mm·μs-1。

GJB 8139?2013 對于超細六硝基茋的飛片起爆感度的規(guī)定基于該標準規(guī)范性附錄C《飛片起爆感度試驗方法》，該方法規(guī)定了試驗EFI 的爆炸箔橋箔、飛片、反射片、加速膛和炸藥柱的參數(shù)，因此“50%發(fā)火電流不得大于1.7 kA”可以作為超細六硝基茋的短脈沖沖擊感度的規(guī)定。

4.2.2 BPN 標準

美國對BPN 的生產(chǎn)、包裝、使用和鑒定標準經(jīng)過多次改版更新，現(xiàn)采用1982 年的MIL?P?46994B［50］和1993 年的4 號修訂案［51］，史春紅［52］在研究直列式點火系統(tǒng)及其許用藥時對兩項標準進行了總結(jié)。MIL?P?46994B 和4 號修訂案根據(jù)當時BPN 在美國生產(chǎn)使用的情況，依據(jù)在不同應用中BPN 藥粒形狀的區(qū)別，將BPN 分為9 個類型，而每個類型又按幾何尺寸的不同劃分為不同級別。不同類型不同級別的BPN 的物理性能、彈道性能和配方等方面，都有詳細的規(guī)定。對于BPN 主要成分，無定形硼粉應符合MIL?B?51092要求，硼含量應為90～92%，最大粒徑應≤1.5 μm；硝酸鉀應符合MIL?P?156，最大粒徑應≤15 μm；制作點火藥時，使用無水溶劑在研磨型攪拌器中均勻混合。

2008 年，我國發(fā)布了BPN 的國家軍用標準GJB 6217-2008［53］，該軍用標準參考美軍標，結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)應用現(xiàn)狀，規(guī)范了BPN 的生產(chǎn)、包裝和質(zhì)量保障等。該標準將BPN 藥粒形狀分為4 個類型，每個類型依據(jù)尺寸分為不同級別。每個類型和級別的BPN 的性能和配方等都有對應規(guī)定。對于BPN 主要成分，GJB 6217-2008 對無定形硼粉的含量和最大粒徑的規(guī)定與MIL?P?46994 相同，另外還規(guī)定無定形硼粉的過氧化氫不溶物應≤1.5%，鎂含量≤8.2%，水分≤0.5%；硝酸鉀的粒度則分為Ⅰ、Ⅱ兩類，粒度Ⅰ要求平均粒度為（60±20）μm，粒度Ⅱ要求平均粒度≤15 μm。

隨著超細BPN 研究和應用的發(fā)展，國內(nèi)外對BPN標準的規(guī)范性略顯不足，滯后于技術發(fā)展。例如，標準對BPN 主要組分粒度的規(guī)定范圍較為粗略，在僅規(guī)定粒度上限的情況下，硼粉和硝酸鉀的粉末粒徑有較大的選取范圍，這使得不同生產(chǎn)商提供的合格BPN 的感度存在一定差距，從而影響使用者對BPN 藥劑安全性和可靠性的判斷。

5 總結(jié)和展望

綜述了直列式爆炸箔點火技術的應用和發(fā)展，并分別概述了直列式爆炸箔點火系統(tǒng)重要組成部分——ESAD、EFDI 和直列式隔板點火器的作用方式和技術發(fā)展，直列式許用點火藥BPN 的燃燒機理和新制備工藝，國內(nèi)外直列式爆炸箔點火系統(tǒng)及其許用含能藥劑的相關標準。

爆炸箔的材料、形貌和工藝等對EFI 起爆性能的影響已有較為全面的研究，其作用機理也有較為完整深入的認識。以EFI 技術為基礎的直列式起爆序列正得到廣泛應用。然而，目前針對直列式爆炸箔點火技術的具體研究并不常見，EFDI 和ISD 多以新技術產(chǎn)品出現(xiàn)，而對影響其感度和性能的因素分析卻少見諸文獻。直列式爆炸箔點火技術尚存在一些亟待解決的問題：

（1）沖擊片直接點火B(yǎng)PN 機理和BPN 組分粒度對感度的影響。目前爆炸箔沖擊片起爆HNS 已有深入研究，但缺少對于沖擊片直接點火B(yǎng)PN 的機理研究和參數(shù)測定。另外，隨著材料細化技術的進步和超細BPN 的應用，需要系統(tǒng)地研究BPN 組分粒度對其感度的影響，定量總結(jié)經(jīng)驗規(guī)律，積累超細BPN 組分粒度影響感度的試驗經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，為制定超細BPN 規(guī)范提供理論和實驗基礎。

（2）BPN 隔板點火的影響因素和規(guī)律。含敏感藥劑的隔板起爆和點火是非常成熟的技術，將其與爆炸箔起爆技術相結(jié)合，可以解決直列式爆炸箔隔板點火的施主藥部分的技術門檻。然而由于直列式爆炸箔點火序列對點火藥的規(guī)定和限制，目前唯一廣泛許可的點火藥僅有BPN。隔板點火的本質(zhì)是受主藥受長脈沖沖擊波刺激而發(fā)生起爆或點火，因此需要研究BPN作為受主藥對長脈沖沖擊波響應的影響因素，如BPN組分粒度和點火端面形狀等，從而研究BPN 的隔板發(fā)火條件。

（3）多種隔板點火結(jié)構的性能比較。研究發(fā)現(xiàn)隔板點火的受主藥激發(fā)方式具有空氣隙二級裝藥結(jié)構、二階反應性隔板點火等多種方式，對比各種方式對受主藥BPN 臨界激發(fā)能量、點火延遲和燃燒穩(wěn)定性的影響，測試其是否符合直列式爆炸箔點火系統(tǒng)安全標準，對直列式爆炸箔隔板點火器設計做出指導。

（4）BPN 新制備方法及其對性能的優(yōu)化。隨著制備技術的進步，通過研究新型的易規(guī)?；闹苽浼夹g，改善BPN 生產(chǎn)制備流程，優(yōu)化成品性能，是提高直列式爆炸箔點火安全性和可靠性的重要方向。新制備方法應在不添加其它非必要添加劑的情況下，細化BPN組分，縮小BPN 組分粒度分布范圍，提高BPN 組分分布均一性，改善BPN 顆粒形貌和包覆情況，以提升BPN 發(fā)火可靠性和燃燒性能。

（5）直列式爆炸箔點火技術的應用，應充分發(fā)揮其可集成、小型化以及可編程多點精確控制的優(yōu)勢。點火模塊（CDU+EFDI 或CDU+EFI+EFTBI）高度集成、多點同步或有序點火以及點火命令的總線控制等，將是直列式爆炸箔點火技術應用的關鍵技術難點。直列式爆炸箔點火系統(tǒng)中各個器件以及整個系統(tǒng)的安全性規(guī)范需要在大量試驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗的指導下制定專用標準。