延迟单元和制造这种延迟单元的方法.pdf

一种延迟单元(10)，包括沉积在衬底(12)上的定时条(14)和可选的校准条(20)。定时条和校准条包括高能材料，其可选地包括纳米材料微粒，例如燃料和氧化剂，其可选地敷设成分开的层。一种制造延迟单元的方法包括将具有起点(14d)和放出点(14e)的定时条(14)沉积到衬底(12)上，以及将校准条(20)沉积到同一衬底或另一衬底上。定时条(14)和校准条(20)具有相同的成分和配置如条的厚度，以具有相同的燃烧速率。将校准条(20)点燃，并确定其燃烧速率。优选基于定时条(14)的燃烧速率与校准条(20)的燃烧速率基本相同，并确定校准条的燃烧速率的基础上，通过调整结构调整定时条(14)，以获得所需的延迟周期。这种调整可通过以下一种或多种方法来实现，即，为定时条提供突变间隙(164)、加速剂或缓速剂(166a，166b)，利用桥接条(14c)完成定时条，或通过将启动装药(16)和中继装药(18)的其中之一或这两者定位在定时条的一部分上，而建立其选定的定时条的有效长度。

1.  一种包括衬底的延迟单元，所述衬底上面沉积有：(a)至少一个具有彼此间隔开的起点和放出点的定时条，沿着所述定时条在所述起点和所述放出点之间的距离限定了所述定时条的有效长度，和(b)校准条，所述定时条和所述校准条各包括能够执行能量释放反应高能材料，所述校准条和定时条彼此充分地间隔开，以便防止所述校准条将所述定时条点燃。

2.  根据权利要求1所述的延迟单元，其特征在于，至少所述定时条的高能材料选自包括燃料和氧化剂的类型。

3.  根据权利要求2所述的延迟单元，其特征在于，至少所述定时条的高能材料包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，所述燃料层和所述氧化剂层彼此接触。

4.  根据权利要求1，2或3所述的延迟单元，其特征在于，所述校准条的高能材料与所述定时条的高能材料是基本相同的。

5.  一种包括衬底的延迟单元，所述衬底上面沉积有至少一个具有彼此间隔开的起点和放出点的定时条，沿着所述定时条在所述起点和所述放出点之间的距离限定了所述定时条的有效长度，所述定时条包括能够沿其执行能量释放反应的高能材料，所述高能材料选自包括燃料和氧化剂的类型，其中，所述高能材料包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，其中一个所述燃料层和所述氧化剂层彼此相接触。

6.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述定时条包括具有终端间隙的第一条，和连接所述第一条以闭合所述终端间隙的桥接条，所述第一条和所述桥接条协同配合，以限定所述定时条在所述起点和所述放出点之间的有效长度。

7.  根据权利要求6所述的延迟单元，其特征在于，所述定时条还包括第二条，所述第二条通过所述终端间隙而与所述第一条间隔开，并且所述桥接条将所述第一条连接到所述第二条上。

8.  根据权利要求6所述的延迟单元，其特征在于，所述高能材料包括纳米微粒。

9.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述高能材料包括纳米微粒。

10.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，还包括与所述定时条的起点保持信号传输相通的启动装药以及与所述定时条的放出点保持信号传输相通的中继装药。

11.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，还包括以下至少其中之一：(a)与所述定时条的起点保持信号传输相通的启动装药，和(b)与所述定时条的放出点保持信号传输相通的中继装药，其中，只有所述定时条的一部分被至少其中一种所述装药覆盖，从而由所述装药的位置来确定所述定时条的有效长度。

12.  根据权利要求11所述的延迟单元，其特征在于，所述启动装药和所述中继装药都存在，并且至少其中一种所述装药覆盖了所述定时条的一部分。

13.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，还包括与中继装药间隔开的启动装药，以及在所述定时条一端与所述启动装药保持信号传输相通连接，并且在所述定时条的另一端与所述中继装药保持信号传输相通连接的多个定时条，从而提供起爆所述中继装药的冗余的定时条。

14.  根据权利要求13所述的延迟单元，其特征在于，所述定时条具有位于其起点的第一总线区域，和位于其放出点的第二总线区域，所述第一总线区域与所述启动装药保持信号传输相通，并且所述第二总线区域与所述中继装药保持信号传输相通。

15.  根据权利要求14所述的延迟单元，其特征在于，所述第二总线区域相对于所述定时条是放大的，由此所述第二总线区域所释放的能量大于沿着所述定时条所释放的能量。

16.  根据权利要求2，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述氧化剂包括TiO₂。

17.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述定时条包括调整结构，所述调整结构选自包括一个或多个突变间隙、一个或多个加速剂和一个或多个缓速剂的类型。

18.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述高能材料包括燃料M′和氧化剂M_yO_x的纳米微粒，其中M′和M是相同或不同的金属，并且y和x可以是相同或不同的正整数1，2，3...n。

19.  根据权利要求18所述的延迟单元，其特征在于，所述M′和M选自Ag，Al，B，Cu，Hf，Si，Sn，Ta，W，Y和Zr中的一种或多种。

20.  根据权利要求18所述的延迟单元，其特征在于，所述M′和M选自Al，Cu和Ag中的一种或多种。

21.  根据权利要求1，3或5中任一项所述的延迟单元，其特征在于，所述定时条由主要部分和次要部分组成，所述主要部分具有比所述次要部分更大的有效长度，并且所述次要部分具有比所述主要部分更大的燃烧速率，在所述主要部分和次要部分的相应长度和燃烧速率方面的差异足够大，以至于同所述主要部分的燃烧时间相比，所述次要部分的燃烧时间是可忽略的，从而所述延迟单元的延迟周期基本上由所述主要部分的燃烧时间来确定。

22.  一种制造延迟单元的方法，包括将具有起点和放出点的定时条沉积到衬底上，所述定时条包括具有燃料和氧化剂的高能材料，所述燃料和氧化剂作为在所述衬底上彼此接触的离散的燃料层和氧化剂层而分开地敷设在所述衬底上。

23.  根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在所述衬底上沉积高能材料的校准条，其与所述定时条充分地间隔开，以防止所述校准条将所述定时条点燃。

24.  根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述校准条的高能材料与所述定时条的高能材料基本上是相同的。

25.  一种制造延迟单元的方法，包括：
(a)将具有起点和放出点的定时条沉积到衬底上，所述定时条包括沿着其长度具有给定燃烧速率的高能材料，并且所述定时条的有效长度是沿着所述定时条位于所述起点和所述放出点之间的长度，所述定时条的有效长度和燃烧速率确定了所述延迟单元的延迟周期；
(b)将具有起始点和终点的给定长度的校准条沉积到衬底上，所述校准条包括与所述定时条的高能材料基本相同的高能材料；
(c)将所述校准条点燃，并测量使所述校准条从其起始点燃烧至其终点所花费的时间，从而确定所述校准条的燃烧速率；和
(d)在步骤(c)之后，基于所述定时条的燃烧速率与所确定的所述校准条的燃烧速率相同的基础上，来调整所述定时条的有效长度，以获得所需的延迟周期。

26.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)如此执行，即通过最初只沉积所述定时条的一部分，在所述定时条的起点和放出点之间留出至少一个终端间隙，并利用桥接条闭合所述定时条中的终端间隙或间隙，从而提供从所述起点至所述放出点连续的定时条，所述桥接条配置成可提供带有效长度的定时条，其在所述校准条所确定的燃烧速率下，将为所述延迟单元提供所需的延迟周期。

27.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)通过在所述定时条中提供一个或多个突变间隙来执行。

28.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)通过将一个或多个加速剂敷设在所述定时条上来执行。

29.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)通过将一个或多个缓速剂敷设在所述定时条上来执行。

30.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述延迟单元还包括以下至少其中之一：(a)与所述定时条的起点保持信号传输相通的启动装药，和(b)与所述定时条的放出点保持信号传输相通的中继装药，并且步骤(d)是这样来执行的，即，通过至少其中一种所述装药来覆盖所述的定时条的仅仅一部分，从而所述定时条的有效长度是所述定时条的未被所述装药覆盖的长度。

31.  根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括利用所述启动装药来覆盖所述定时条的一部分，并且利用所述中继装药覆盖所述定时条的另一部分，以便通过位于所述启动装药和中继装药之间的未被所述装药覆盖的所述定时条长度，来形成所述定时条的有效长度。

32.  根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，所述高能材料包括纳米微粒。

33.  根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，所述高能材料包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，所述燃料层和所述氧化剂层彼此接触。

34.  根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，包括将所述定时条和所述校准条沉积在相同的衬底上。

35.  根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，包括将所述定时条和所述校准条沉积在相应的分开的衬底上。

36.  根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其特征在于，所述高能材料包括燃料M′和氧化剂M_yO_x的纳米微粒，其中M′和M是相同或不同的金属，并且y和x可以是相同或不同的正整数1，2，3...n。

37.  根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述M和M′选自Ag，Al，B，Cu，Hf，Si，Sn，Ta，W，Y和Zr中的一种或多种。

38.  根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述M′和M选自Al，Cu和Ag中的一种或多种。

39.  根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述M是钛，y＝1，并且x＝2。

延迟单元和制造这种延迟单元的方法
发明背景
发明领域
本发明涉及用于控制高能材料的起爆时间的延迟单元类型，例如用于延迟雷管(delay detonator)中的那类延迟单元，以及制造这种延迟单元的方法。
相关技术
传统的烟火延迟单元包括封装在软金属管，例如铅管或锡管中的粉状烟火成分。这种传统的延迟单元通常放置在位于保险丝的输入信号源如激波管与雷管的爆炸性输出装药之间的雷管外壳中。爆炸性的输出装药的爆炸被延迟了一段时间，即烟火材料长度从其输入端燃烧至其输出端所花费的时间。本领域中的技术人员众所周知的是需要非常精密地控制单个雷管的延迟周期；典型的延迟周期范围是9至9,600毫秒或更大，例如，9，25，350，500和1,000毫秒。通过烟火材料柱的燃烧而达到一致精确和精密的时延本质上是有限的，并且当前技术专心于研究电子延迟单元，以提高时延精度，而不管同烟火延迟单元比较而言是否增加了电子延迟单元的成本。
公布于2004年12月9日的Qinetiq纳米材料有限公司的用于＂爆炸装置＂的国际申请WO2004/106268 A2，公开了由墨水(ink)印刷在衬底上的爆炸装置，这种墨水可包含直径小至10微米或＂甚至小至0.1微米或更小直径＂的微粒(第4页，第18-24行)。例如图1和2公开了一种印刷在衬底上的爆炸墨水的蜿蜒的或螺旋形的图案。例如，在所述第15页，第11-29行描述了印刷在单条线路上的爆炸墨水，其起始于加热元件的附近，并端接在传爆爆炸材料的附近。打印的这行爆炸墨水启动传爆爆炸。可使用Z字形图案，并增加装置所提供的时延。
使用纳米孔隙氧化铁作为加速剂，爆炸物和烟火材料的氧化剂成分是已知的。参见美国化学学会刊物2004，16，1466-1471，AnandPrakash，Alon V.McCormick和Michael R.Zachariah，Chem.Mater的论文：纳米孔隙氧化铁微粒的航空溶胶凝胶合成：用于纳米高能材料的可能的氧化剂。该论文描述了燃料的纳米微粒的使用，例如铝和金属氧化物氧化剂，其起反应而释放出大量的能量。由非常小的粒径形成的单位材料体积的大的表面面积被确定为可减少质量传递限制，并实现化学动力控制的点燃。属于本发明主旨的氧化剂微粒据说在100至250纳米(＂nm＂)尺寸范围内。
Brock′s Fireworks Limited，Dumfriesshire，Scotland的UK专利申请2049651公开了一种用于通过将采用液体泥浆或膏剂形式的成分丝印到表面上以允许如此获得的成分干燥和/或硬化，从而将烟火或爆炸成分敷设到表面上的工艺。其公开了可优选通过粗糙的网筛来敷设几个层，其允许相对较大的固体颗粒穿过而不会堵塞。微粒的尺寸范围没有提及。其还公开了可按所述的方式来敷设几个层，并且各层可以是相同或不同的。出于防水或防止点燃的目的，可在表面上加印最后一层惰性材料，并且如果需要，可在工艺步骤之间敷设静电植绒。
2004年3月30日授权给Gash等人，题名为无机的金属氧化物/有机聚合物纳米成分和其方法的美国专利6,712,917公开了一种产生混合的无机/有机高能的纳米成分的方法。
2004年10月12日授权给Diener等人，题名为纳米结构的反应物质和用于生产该物质的工艺的美国专利6,803,244公开了一种纳米结构的反应物质，例如，硅和氧化剂。最初由阻挡层分开的微粒的纳米等级尺寸，根据该专利所述，一旦阻挡层被破开，则可允许燃料和氧化剂之间的直接接触。
在由新墨西哥州Albuquerque的Sandia国家实验室的S.H.Fischer和M.C.Grubelich所著论文“Theoretical Energy Release of Thermites，Intermetallics，and Combustible Metals”(铝热剂、金属间化合物和可燃金属的理论的能量释放)中包含了铝热剂混合物，金属间化合反应剂和燃料的详细论述。论文SAND-98-1176C在1998年7月在加利福尼亚州Monterey市举办的第24届国际烟火研讨会(24^thInternational Pyrotechnics Seminar)上发表。
发明概要
总地说来，根据本发明提供了一种包括衬底的延迟单元，在衬底上沉积有高能材料的定时条(timing strip)和可选的校准条(calibrationstrip)。如本文中和所附权利要求中所用的用语＂高能材料＂意指是当被起爆或点燃时发出能量的爆炸物、烟火或其它材料。高能材料可通过包含分散在连续液相中的高能材料微粒的墨水成分来敷设，并且一些或所有高能材料微粒可以是纳米微粒。可选的是，燃料和氧化剂成分可作为相互接触或至少部分地相互重叠的离散的燃料层和氧化剂层而单独地敷设于衬底上。本发明还用于将高能材料的定时条印刷在衬底上和将与定时条的高能材料相似的或相同的高能材料的校准条印刷在同一衬底或另一衬底上，将校准条点燃，并确定其燃烧速率，并基于定时条具有与校准条相同的燃烧速率而修改定时条以调整其燃烧时间。本发明因而用于以一种类似于询问电子延迟单元以确定它们是否正确地按程序地提供所需＂燃烧时间＂(即所需的延迟周期)的方式，来调整高能材料定时条的燃烧时间。这种能力极大地提高了高能材料例如烟火的延迟单元的延迟周期精度和准确度。
本发明还用于将高能材料包括纳米微粒印刷或以其它方式沉积在衬底上。总地说来，高能材料可包括散布在连续液相(＂墨水＂)中的微粒，并可以例如定时条和校准条的形式进行印刷，如下面所述。墨水在衬底上被干燥或被允许干燥或硬化成附着图案。
具体地说，根据本发明，其提供了一种包括衬底的延迟单元，衬底上沉积有(a)至少一个具有起点(starting point)和放出点(dischargepoint)的定时条和(b)校准条，定时条和校准条各包括高能材料，例如，燃料和氧化剂，能够沿着其执行能量释放反应，校准条和定时条彼此间隔开，足以防止由于校准条而引起定时条的点燃。高能材料可选地包括纳米微粒。
在本发明的一个方面，至少定时条的高能材料包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，其中一个燃料层和其中一个氧化剂层至少部分地重叠。
在本发明的另一方面，校准条的高能材料与定时条的高能材料基本上是相同的。
本发明的一个方面提供了一种包括衬底的延迟单元，衬底上沉积有至少一个具有起点和放出点的定时条，并且这种延迟单元包括能够沿着其执行能量释放反应的高能材料。高能材料选自包括燃料和氧化剂的一类材料，并包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，燃料层和氧化剂层彼此相接触。
本发明的另一方面提出，定时条包括具有终端间隙的第一条，例如，第一条可通过终端间隙而与第二条间隔开，并且闭合终端间隙的桥接条通过例如将第一条连接到第二条上而闭合终端间隙。第一条，可选的第二条和桥接条协作，以限定定时条在起点和放出点之间的有效长度。
本发明的一个方面提供了一种延迟单元，其还包括以下其中至少之一：(a)与定时条的起点保持信号传输相通的启动装药(pick-upcharge)，和(b)与定时条的放出点保持信号传输相通的中继装药(relaycharge)，其中只有定时条的一部分被至少其中一种所述装药覆盖，从而定时条的有效长度由装药的位置来确定。
本发明的其它方面提供了与定时条的起点保持信号传输相通的启动装药以及与定时条的放出点保持信号传输相通的中继装药。多个定时条可选地在定时条的一端通过信号传输相通的方式而连接到启动装药上，并且在定时条的另一端连接到中继装药上，以提供起爆中继装药的冗余定时条。
根据本发明的另一方面，定时条包括主要部分和次要部分。主要部分具有比次要部分更大的有效长度，并且次要部分具有比主要部分更大的燃烧速率。主要部分和次要部分的相应长度和燃烧速率方面的差异大到足以使次要部分的燃烧时间同主要部分的燃烧时间比较而言是可忽略不计的，从而延迟单元的延迟周期基本上由主要部分的燃烧时间来确定。
本发明的一个方法方面提供了用于制造延迟单元的方法，其包括将具有起点和放出点的定时条沉积到衬底上的步骤，定时条包括由至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层组成的高能材料，其中一个燃料层和其中一个氧化剂层至少部分地重叠，并且还可选地包括将高能材料的校准条沉积在衬底上的步骤，校准条与定时条充分间隔开，以防止校准条引起的定时条点燃。
本发明的另一方法方面提供了用于制造延迟单元的方法，其包括以下步骤：(a)将具有起点和放出点的定时条沉积到衬底上，定时条包括沿着其长度具有给定的燃烧速率的高能材料，并且定时条的有效长度为沿着定时条在起点和放出点之间的连续长度，定时条的有效长度和燃烧速率由延迟单元的延迟周期确定，(b)将具有起始点和终点的给定长度的校准条沉积到衬底上，校准条由与定时条的高能材料基本相同的高能材料组成，(c)将校准条点燃，并且测量校准条从其起始点燃烧至其终点所花费的时间，从而确定校准条的燃烧速率，(d)在执行步骤(c)之后，基于定时条的燃烧速率与所确定的校准条的燃烧速率是相同的基础上，来调整定时条的有效长度，以获得所需的延迟周期。
本发明的另一方法方面提供了通过以下方法来执行步骤(d)，即，通过在定时条中提供一个或多个突变间隙，或通过将加速剂敷设于定时条上，或通过将缓速剂敷设于定时条上，或通过敷设启动装药和中继装药的其中一个或这两者来覆盖定时条的一部分，留下其之间的定时条的有效长度未被装药覆盖，或通过最初只沉积定时条的一部分，使得在定时条的起点和放出点之间保留至少一个终端间隙，并利用桥接条闭合定时条中的间隙，以提供从起点至放出点的连续定时条。突变间隙、加速剂和缓速剂配置和构造成可为调整的定时条提供所需的燃烧速率，这将基于为校准条所确定的燃烧速率，而为延迟单元提供所需的延迟周期。类似地，桥接条配置并构造成，并且启动装药和/或中继装药定位成可为定时条提供有效长度，这在为校准条所确定的燃烧速率下，将为延迟单元提供所需的延迟周期。
本发明的各个不同的方面提出，高能材料包含纳米微粒，或者这些微粒基本上由纳米微粒组成。用于本发明方法的高能材料可包括燃料和氧化剂，并且所沉积的高能材料可包括至少一个离散的燃料层和至少一个离散的氧化剂层，其中一个燃料层和氧化剂层至少部分地重叠。
总地说来，高能材料的至少其中一种成分由微粒组成，其可以是＂纳米＂材料，例如＂纳米高能材料＂，＂纳米烟火材料＂；这里使用的这些用语表示大约20至大约1,500纳米(＂nm＂)的微粒直径尺寸范围，或小于，但位于大约20至大约1,500nm广泛范围内的任何合适的尺寸范围。例如，微粒直径的尺寸范围可为大约40至大约1,000nm，或从大约50至大约500nm，或从大约60至大约200nm，或从大约80至大约120nm，或从大约20至100nm。非常小粒径的微粒，例如纳米微粒由于反应微粒之间的最紧密接触而促进了良好的反应，并可使具有非常小的临界直径的定时条成形。也就是说，极小横截面积的定时条因为高能材料的微粒具有如此小的尺寸，例如纳米尺寸，而能够支持沿着其长度的反应。
附图简介
图1是根据本发明一个实施例的延迟单元的平面示意图；
图2是装备了图1延迟单元的延迟雷管的示意性的纵剖视图；
图2A是相对于图2放大的，并沿着图2线A-A剖切的剖视图；
图3是图1延迟单元的平面示意图，其中在其印刷面上敷设有两个离散的叠加的层压层；
图4是用于制造根据本发明的延迟单元的生产线的一个实施例的示意性的正视图；
图4A，4B和4C是相对于图4放大的平面示意图，其显示了各个制造阶段中的图1的延迟单元；
图5是根据本发明第二实施例的延迟单元的平面示意图；
图5A是沿着图5的线A-A剖切的示意性的正视图；
图6是根据本发明第三实施例的延迟单元的平面示意图；
图6A是沿着图6的线A-A剖切的示意性的正视图；
图7是装备了图6延迟单元的延迟雷管的示意性的纵剖视图；
图7A是相对于图7放大的，并沿着图7线A-A剖切的剖视图；
图7B是圆柱形埋置体(embedment)的透视图，其中埋置了与图6所示相似的延迟单元；
图7C是显示包含在其它传统雷管中的图7B的埋置体的局部示意图；
图7D是沿着图7C的线D-D剖切的剖视图；
图7E是与图7D相似的视图，但显示了包含在雷管外壳中的埋置的延迟单元的一个备选实施例；
图8是根据本发明第四实施例的延迟单元的平面示意图；
图9A是处于制造中间阶段的根据本发明第五实施例的延迟单元的平面示意图；
图9B是处于后面制造阶段的图9A延迟单元的平面示意图；
图10是根据本发明第一方法的用于制造延迟单元的生产线的一个实施例的示意性的正视图；
图11是根据本发明第二方法的用于制造延迟单元的生产线的另一实施例的示意性的正视图；
图11A，11B和11C是相对于图11放大的平面示意图，其显示了处于图11的生产线中的各个制造阶段的本发明延迟单元的第六实施例；
图12是根据本发明的第七实施例的延迟单元的衬底上只有定时条构件的平面示意图；
图13是根据本发明的第八实施例的延迟单元的衬底上只有定时条构件的平面示意图；
图14是根据本发明第九实施例的延迟单元的示意性分解透视图；
图14A是相对于图14尺寸缩小的示意图，其显示了生产图14的延迟单元的步骤；
图15是包含图14延迟单元的延迟雷管的剖视图；
图16是根据本发明第十实施例的延迟单元的平面示意图；和
图17A和17B显示了制造本发明第十一实施例的步骤。
除非特别申明，或除非上下文中明确要求，否则以下细节将同等地适用于包括(1)沉积为燃料和氧化剂混合物的高能材料，以及(2)其燃料和氧化剂成分分开沉积的高能材料的方法和结构。当敷设间隔开的燃料层和氧化剂层时，首先将燃料层还是氧化剂层敷设到衬底上是无关紧要的。也就是说，无论燃料层或氧化剂层都可以是顶层，并且可分别敷设两个或更多交替的燃料层和氧化剂层，或者这些分开的层可简单地彼此接触。
高能材料可包括由燃料和氧化剂组成的烟火材料；例如，烟火材料可以但不需要必然地包括铝热剂材料。通过高能材料的墨水印刷可敷设高能材料，墨水可在衬底上硬化或干燥。燃料和氧化剂微粒可分散在连续液相的单一墨水中。或者，一种墨水可包括分散在连续液相中的纳米燃料微粒，并且其它墨水可包括分散在连续液相中的纳米氧化剂微粒。只有燃料微粒和氧化剂微粒的其中之一，或每种微粒的只有一些微粒，或所有微粒都可以是纳米微粒。至少其中一个高能材料构件可具有纳米溶胶凝胶结构，例如纳米孔隙氧化铁的溶胶凝胶。
参见图1，其示意性地显示了包括衬底12的延迟单元10，衬底12上印刷有或以其它方法敷设有定时条14，其包括第一条14a、第二条14b和桥接条14c。在这个实施例中，由第一条14a组成的定时条14的一部分配置成锯齿构造，以便增加其有效长度。定时条14中的终端间隙由桥接条14c桥接起来。如本文中和权利要求中所用的＂终端间隙＂意指定时条中的间隙，其大至足以使点燃信号沿着定时条的有效长度的传输终止。在图1所示的实施例中，终端间隙位于第一条14a和第二条14b之间，即其定位在定时条14的中间部分。在其它实施例中，终端间隙可位于定时条的一端，从而桥接条根据终端间隙的位置而将定时条一端和启动或中继装药之间的终端间隙桥接起来。虽然在单个定时条中可提供不止一个终端间隙，但是通常不必使获得特定时延所需要的对桥接条的长度和配置的计算复杂化。校准条20印刷或以其它方式敷设于衬底上，并且在校准条20的起始点与开始闪光装药22保持信号传输相通，在校准条20的终点与终结闪光装药24保持信号传输相通。定时条14和校准条20由高能材料，例如纳米高能材料组成。纳米高能材料可以是纳米烟火材料。校准条20和其相关的装药22，24是间隔开的，并且不与定时条14或其相关的装药16和18相接触，如下面所述。
衬底12可由任何合适的材料制成，例如传统的印刷电路板，玻璃纤维增强的塑料、陶瓷或任何合适的材料或材料组合。例如，衬底可包括非电传导材料，或材料具有非电传导的表面层，其上面印刷有定时条和可选的校准条(如下面所述)。衬底12可选地由高能材料制成，或者其可具有表面上的高能材料的涂层(下面有时称之为＂活性面＂)，其上面沉积有各种条。这里使用的＂反应＂衬底或涂层意指一种参与高能材料条的燃烧反应的衬底或涂层。例如，将氧提供给燃烧反应的衬底或涂层，例如包含氧的金属化合物，例如硝酸钾将是一种反应衬底或涂层。
本发明的显著优势是，可基于校准条，例如校准条20的作用所获得的结果而调整定时条，例如定时条14。这种调整可以许多不同的方式来实现，如以下结合一些附图所述。总地说来，定时条的调整可包括以下一种或多种：为其添加加速剂或缓速剂，以便提高或减小定时条的燃烧速率；在定时条中提供一个或多个突变间隙，以减小燃烧速率；通过最初仅仅敷设定时条的一部分，而后整个定时条，以便基于校准条作用所确定的燃烧速率而给予其选定的有效长度或通过其中一个装药或两个装药，例如下述装药16和18的定位，使其之间保留所需的未被(装药)覆盖的定时条的有效长度，从而调整定时条的有效长度。
定时条14具有起点14d和放出点14e。定时条的＂有效长度＂是沿着定时条在其起点和放出点之间的连续长度。因而定时条14的有效长度开始于起点14d，跨越第一条14a的一部分至与桥接条14c的第一交会点I1处，跨越桥接条14c的一部分至与第二条14b的第二交会点I2处，之后跨越第二条14b在第二交会点I2和放出点14e之间的部分。可以看出，在所示实施例中，条14a和14b的末端部分由于交点I1和I2的特殊位置而不包括在定时条14的有效长度内。类似地，桥接条14c的末端不包括在定时条14的有效长度内，因为其略微超出了第一和第二交会处，以便确保在桥接条14c和条14a和14b之间的良好连接。
起点14d以信号传输相通的方式连接在设置在衬底12上的启动装药16上，并且放出点14e与也设置在衬底12上的中继装药18保持信号传输相通。启动装药16和中继装药18可根据用于印刷定时条14和校准条20相似或相同的方式而印刷在衬底12上。或者，装药16和18可通过任何其它合适的方法敷设于衬底12上。装药16和18可，但不需要由高能纳米材料组成。
在本发明的各种实施例中，定时条沉积在衬底上，并且具有定位成可接受输入信号的起点，以及与起点间隔开，并定位成可启动输出信号的放出点。定时条在起点和放出点之间的长度，即在其起点和放出点之间的沿着定时条的纵向距离是有效长度；定时条的有效长度的燃烧时间确定了在定时条的接受输入信号和其启动输出信号之间的时延。定时条可配置成直的，弯曲的，Z字形的或其它图案，以提供所需的定时条的有效长度。衬底可选地是一种反应衬底，其参与或促进定时条(和可选的下述校准条)中的高能材料的反应。
总地说来，定时条的起点的启动装药与信号传输引信的输出之间保持信号传输关系，并且定时条放出点的中继装药与爆炸装置(例如包含本发明延迟单元的延迟雷管的输出爆炸装药)之间保持信号传输相通。因而，总地说来(1)启动装药设置成在信号传输引信的输出和定时条的起点之间保持信号传输相通，(2)中继装药设置成与定时条的放出点保持信号传输相通。启动装药和中继装药可通过印刷或任何其它合适的方法而沉积在衬底上。
一些条的锯齿状构造只是用于在衬底12所提供的有限区域中提供较长的有效长度。显然，可使用任何合适的条图案(螺旋形、蛇形等等)。当然衬底12可具有适合延迟单元使用的任何尺寸。对于意图用于标准尺寸的雷管外壳的延迟单元，如下所述，衬底12将通常具有选择成接近雷管外壳内径的宽度，从而可贴切地配合在雷管外壳内。尺寸适合于紧密配合在雷管外壳中的安装框架(图中未显示)可选地用来支撑衬底12，其尺寸适合于安装框架。衬底12将通常具有大约四分之一英寸(0.64cm)至大约1.2英寸(3.05cm)的长度，以便很容易地配合在标准尺寸的雷管外壳中。可由传统的印刷电路板制成的衬底12，其只需要足够厚，以提供足够的硬度和机械强度，以便在制造和安装到爆炸装置期间便于操纵，而不会引起活性面上的条发生物理变形。例如，衬底12可为大约1/16至1/8英寸(0.159至0.318cm)厚。下面描述图1中的箭头S和E。
延迟单元10可通过以下方法来制造。合适的衬底12具有印刷(或以其它方式敷设)在其上面的第一条14a、第二条14b和校准条20。在条14a和14b之间留有终端间隙。条14a，14b和20(下面有时和桥接条一起总称为＂所敷设的条＂)都通过相同一批墨水或相同多批墨水进行印刷或以其它方式来敷设。开始闪光装药22和终结闪光装药24可通过任何合适的方法印刷或以其它方式敷设于衬底12上，并且可以，但不需要与条14a，14b和20的敷设同时敷设于衬底12上。启动装药16和中继装药18可通过任何合适的方法敷设到衬底12的活性面上。装药16，18，22和24可以，但不需要由纳米材料组成。
延迟单元10可经受将开始闪光装药22点燃的测试单元的检验。对校准条20燃烧，和将终结闪光装药24点燃所需要的时间周期的精确读取可通过任何合适的测量装置来实现。使校准条20从校准条20的起始点的装药22燃烧至校准条20的终点装药24所需要的时间周期，例如可轻易地通过测量装药22和24所产生的两次闪光之间的时延进行电子读取。所测量的时间间隔和已知的校准条20的长度可便于计算校准条20的燃烧速率(每单位时间的距离，例如厘米每秒)。校准条20的燃烧速率将与定时条14的燃烧速率相同，因为定时条14由与校准条20相同或同样的一批高能材料墨水，并且优选在相同的制造操作期间和在相同的印刷条件下印刷而成的。定时条和校准条优选具有相同的厚度和宽度，并且设置在相同的衬底或相同的衬底材料上，以促进定时条14和校准条20以基本相同的速率进行燃烧。在其它实施例中，定时条14整体由与校准条20相同的高能材料墨水制成。
一旦燃烧速率是已知的，即信号沿着定时条14移动的速度是已知的，桥接条14c的构造以及其与第一条14a及第二条14b的交会点可选择成使得从起点14d至放出点14e的有效燃烧长度产生了所需的用于延迟单元10的延迟周期。在校准条20将用于确定定时条14的有效长度的情况下，桥接条14c是在敷设条14a和14c之后敷设的。一旦确定，后续的延迟单元10可通过在不使用校准条20的条件下敷设条14a，14b和14c而制成。因此，条14a，14b和14c可同时或以任何所需顺序进行敷设。当使用新批量的高能材料墨水时，或在规定的时间间隔作为质量检查而使用校准条20。通过校准条20的破坏测试可精确地确定需要提供规定的延迟周期的定时条14的有效长度。
在所敷设的条和装药干燥或硬化之后，可对延迟单元10执行任何所需的后印刷处理或加工，例如可选地将漆膜、层压层或其它涂层敷设到＂活性面＂上(敷设条的衬底12的表面)。作为备选或作为附加，可使用灌注物来封闭定时条14或其部分，和/或装药16和18。可选的层压层或涂层可以是对燃烧反应惰性的，或者其可包括氧化剂或燃料或这两者，其都参与所印刷条的燃烧反应。例如，交替的燃料层和氧化剂层可作为涂层敷设在所敷设的条上。在一个实施例中，氧化剂层可直接敷设在所敷设的条上，被覆燃料层，其则被另一氧化剂层覆盖。下面将描述可用于所敷设的条和可选的涂层的特定的氧化剂和燃料。氧化剂和/或燃料涂层(＂反应层＂)可在覆盖于校准条20上的反应层和覆盖于定时条14上的反应层之间非连续性地进行敷设，以确保校准条20的点燃不会将定时条14点燃。
定时条14和校准条20可通过任何合适的印刷或沉积技术例如用于印刷和制图工业中的技术而敷设在衬底12上。作为举例说明而非限制，这些技术包括丝网印刷方法、喷墨打印、模板印刷、转印法、照相凹版印刷以及其它这类技术。
图1的所示实施例配置成可提供任何所需的时延，从通过利用第二条14b和第一条14a的全长可获得的最大值，到通过印刷桥接条14c可获得的最小值，从而提供在装药16和18之间沿着定时条的最短路程。例如，可以许多方法来改进图1中所示的条的配置。因而，通过选择桥接条14c的配置(直线，锯齿，弯曲等等)和第一条14a及第二条14b与桥接条14c所连接的点，可调整所需的定时条14的有效长度。其它便利方法包括使一个或多个条中的直线部分产生锯齿构造，或反之，或以其它方式改变条的构造，以获得大量时延的任何其中一个时延。
应该懂得，可对图1中所示的条图案进行许多变化。例如，可省略第二条14b，并且可在图1的第一条14a上的任何选定点和中继装药18之间沿着任何所需的路径，直线，锯齿，直接或曲折的路径来印刷桥接条14c。
在一些实施例中，定时条14的一部分，例如桥接条14c和可选的第二条14b，可包括高能材料，其以比第一条14a快得多的速率燃烧。在这种装置中，较快燃烧的条被制成尽可能地短，并且选择其成分，以便在尽可能高的速率下燃烧，使得较快燃烧的条的有效长度的总的燃烧时间同第一条14a的燃烧时间比较而言是可忽略的。因此简化了用于桥接条14c的配置和方位的计算，因为必须只考虑将产生所需时延的第一条14a的有效长度。例如，参见图1，第一部分14a可由燃烧速率相对较慢的高能材料组成，并且第二部分14b和桥接部分14c可由燃烧速率相对较快的高能材料制成。桥接部分14c和第二部分14b的组合长度可制成比第一部分14a的长度短得多，使得第二部分14b和桥接部分14c一起包括定时条14的＂次要部分＂(有效长度)，并且第一部分14a包括定时条14的有效长度的＂主要部分＂。包括在定时条14的有效长度中的第一部分14a的长度由沿着与桥接部分14c相交的第一部分14a的点来确定。如果燃烧速率和相应的主要部分和次要部分的长度上的差异足够大，沿着部分14b和14c(＂次要部分＂)的燃烧时间同沿着第一部分14a包含在定时条14有效长度(＂主要部分＂)内的部分的燃烧时间比较将是可忽略的。＂燃烧时间＂是使信号沿着定时条的指定部分(长度)移动所花费的时间长度。在其它实施例中，可消除第二部分14b，并且只使用桥接条14c来连接第一部分14a和中继装药18。在任何情况下，使用燃烧速率较快的高能材料将沿着燃烧速率相对较慢的第一部分14a的选定的位置连接到中继装药18上，这简化了计算，因为只有所包括的第一部分14a的长度的燃烧时间必须考虑进来以确定延迟周期。
图2显示了包含在其它传统雷管中的图1延迟单元10的示意图。图2显示了雷管26，其包括具有封闭端28a和开口端28b的外壳28。爆炸装药，例如具有叠氮化铅起爆装药30a和PETN主装药30b的雷管输出装药30，其包含在封闭端28b的外壳中。雷管26在其开口端28b接受信号传输引信，在所示实施例中包括激波管32，其包含被覆在其内壁32a上的高能材料(未显示)。衬套34定位成可密封开口端28b，并且通过成形于外壳28中的折边28c而保持在合适位置上，以便将外壳28的内部相对环境密封起来，这在本领域中是众所周知的。在激波管32的输出端32b和雷管输出装药30之间插入了图1的延迟单元替代传统的烟火延迟单元10。传统雷管26的构件，例如用于防止无意中静电放电的绝缘杯、弹性圆盘、刮环等等，可从图2的示意图中省略掉，因为这对于本领域中的技术人员是众所周知的，并且不形成本发明的一部分。
本领域中的技术人员众所周知的是，起爆装置(未显示)将包含在激波管32中的高能材料点燃。所引起的输入信号(图1中由箭头S表示)移动穿过激波管32，并起爆启动装药16，其则将第一条14a在其起点14d处点燃。第一条14a燃烧，并且在一段时间之后将桥接条14c点燃，其则将第二条14b点燃。当第二条14b的燃烧达到放出点14e时，中继装药18被点燃，并且输出能量信号(图1中由箭头E表示)，从而造成起爆装药30a点燃，其则将主装药30b点燃，从而提供雷管26的输出爆炸能量。
本发明的延迟单元可插入到传统的雷管外壳28中(图2和2A)，并且配置成可在外壳28中，在延迟单元10的任一边留出极大自由空间容积29a，29b，如图2A图中所示。传统的雷管外壳28的内径D(图2A)为0.256英寸(0.650cm)。应该懂得，本发明的延迟单元可并入到任何合适的装置中；其并入到延迟雷管中只是许多潜在应用的其中一种。
如上所述，传统的烟火延迟元件的处理要求包括利用烟火成分填充铅管或锡管，并且将管拉下至显著减小的直径。这个所涉及的处理步骤通过本发明的实践而省略了，其只需要印刷操作来制造烟火延迟单元。本发明因而显著地减少了材料要求和处理要求，同时提供了精度大大提高的烟火延迟单元。
本发明还提供了在衬底上提供和利用校准条的选项，以进一步提高由定时条14提供的时延精度。校准条可沉积在上面沉积有定时条的相同的衬底上，或者其可沉积在分开的测试衬底上。定时条和校准条可由相同墨水在大约相同的时间，并在相同或相似的条件下沉积出来，以有助于确保其具有相同或几乎相同的燃烧速率。可选的是将定时条和可选的校准条的至少其中一个，优选将这两者敷设成离散的燃料层和氧化剂层。尽管对预备高能材料做了极大专注，包括本发明构思的高能墨水，但是因批次不同会发生变化。与所有或部分定时条基本相同的校准条的提供，以及在制造工艺期间使用校准条来沿着校准条对燃烧速率进行定时，并相应地配置定时条，从而实现对所需延迟周期的极度紧密的控制和可重复性。这种优势是传统的烟火延迟和制造技术不可获得的。
图3显示了敷设有第一反应层36和第二反应层38的图1的延迟单元10。反应层36覆盖在开始闪光装药22、校准条20和终结闪光装药24上。反应层36与反应层38是间隔开的，即不与其是连续的，反应层38覆盖在启动装药16，中继装药18和定时条14上。这防止了由于定时条14的点燃而将校准条20点燃。在一些情况下，反应层将只沿着条的路径燃烧，即只有与校准条20(和装药22及24)保持接触的第一反应层36的那部分将燃烧。在这种情况下，将不需要使第一反应层36与第二反应层38隔离。在涂层或层压层不是反应层的情况下，不需要将在校准条20上的涂层与定时条14上的涂层隔离。
现在参见图4，其示意性地显示了用于制造本发明延迟单元的生产线。环形传送带40携带多个衬底12顺序地穿过第一印刷头42，其将合适的高能材料墨水敷设到衬底12上。墨水可包括分散在连续液相中的高能材料微粒。连续液相可以是惰性的，或可选地本身包括高能材料的活性成分。一旦敷设，墨水干燥或硬化而留下粘附在衬底上的一个或多个硬化的或干燥的高能材料条。第一印刷头42因而将校准条20，第一条14a和第二条14b敷设到衬底12上。在条14a和14b之间留有终端间隙。校准条20敷设在校准开始闪光装药22和校准终结闪光装药24之间。第一条14a的一端与启动装药16相接触，并且第二条14b的一端与中继装药18相接触。装药16，18，22和24是在衬底12穿过第一印刷头42下面之前敷设在衬底12上的。然而，装药16，18，22和24或其中的一些可在衬底12穿过第一印刷头42下面之后或基本上同时敷设的。图4A显示了当其离开烘干炉44时，并遭遇到测试台46之前的衬底12。
再次参见图4，在离开第一印刷头42之后，衬底12和印刷在其活性面上的条14a，14b和20一起穿过烘干炉44，在这里将所敷设的条完全地烘干。现在已印刷的衬底12穿过测试台46的下面，在此处将校准开始闪光装药22点燃。使校准条20完全燃烧，并且校准终结闪光装药24点燃所需要的时间长度可通过任何合适的方法来测量。图4B显示了在将校准装药22和24以及校准条20点燃之后，并且在衬底12进入到第二印刷头48之前的衬底12。通常，光阅读器将测量由校准开始闪光装药22和校准终结闪光装药24的点燃所造成的闪光之间的时间。该数据记录在测试台46上，并利用来计算校准条20的燃烧速率。假设对于定时条14的有效长度具有相同的燃烧速率(图4C)，那么可计算将第一条14a连接到第二条14b上的所需要的交会位置(图1中所示如I1和I2)。线50将测试台46连接到第二印刷头48上，以控制由第二印刷头48敷设的桥接条14c的位置和图案，从而桥接条14a和14b之间的终端间隙，并提供定时条14的有效长度(图4C)，以给予所需的时延。延迟单元10从传送带40上卸下来，以进一步处理，或存储或使用。
本发明的实践提供了调整各个定时条的极其有利的性能，以提供完全受控制的精密且精确的燃烧时间和延迟周期。这种单独调整之前只有更为昂贵的电子延迟单元才具备。然而，在一些情况下，可能需要只通过校准条20的点燃来测试给定的生产过程的代表性的试样。例如，通过校准条20的点燃可测试十个、五十或一百个衬底12中的一个。在给定的制造操作中将由经验来显示测试衬底或延迟单元的频率，以提供对由所利用的特定制造工艺和材料所提供的延迟单元的精度和准确度进行控制的所需程度。自然地，各个延迟单元的测试提供了对延迟周期的精度和准确度的质量控制的最大程度。
示例1
这个示例中所使用的纳米材料都是商业上可获取的由得克萨斯州Austin的Nanotechnologies Inc.(纳米技术公司)所提供的材料。通过将纳米材料和液体放置在不锈钢烧杯中实现纳米材料与液体的混合，并在混合物中插入超声扩音器，其随着烧杯围绕扩音器旋转而以相等的持续时间间歇地操作。混合大约执行十四分钟，而混合物的温度由于超声混合而从大约19℃升高到大约45℃。之后将混合物倒出到不锈钢盘上，以便在盘上形成薄膜，其在70℃下加热11个小时。所造成的干燥的材料利用刷子从盘上剥落下来并收集起来。然后在各种情况下将所收集的干燥的材料混合到硝化纤维漆膜中，如下。
0.18毫升(ml)乙酸正丁酯
0.13ml硝化纤维漆膜
0.24克所收集的干燥的材料
这些组合的材料完全机械地混合，并放置到塑料注射器中，其装有0.0052英寸(0.1321毫米)管径的针尖。
所造成的＂墨水＂通过针尖以直线和波形曲线(波形)图案敷设到干净的铝板上。所敷设的线通过漆膜挥发成分的蒸发而被允许完全干燥。
样例1A
纳米材料：
0.6克500至1,000nm直径的MoO₃微粒
0.4克80nm直径的铝微粒
液体：83.4克己烷
所敷设的线的燃烧测试特征为：燃烧得非常高能和完全，并且基本上没有产生烟。
样例1B
纳米材料：
0.561克500至1,000nm直径的TiO₂微粒
0.44克80nm直径的铝微粒
液体：90克异丙醇
所敷设的线的燃烧测试特征为：以与样例1A的材料相比要慢得多的速率燃烧，但燃烧完全，并且基本上没有产生烟。
参见图5和5A，其示意性地显示了包括衬底112的延迟单元110，衬底112上印刷或以其它方式敷设有定时条114，其由一条氧化剂层114b覆盖的燃料层114a组成。如图5中所示，氧化剂层114b比燃料层114a更宽，而且重叠在燃料层114a上，其如图5中虚线所示。虽然所有的附图都是示意性的，并且没有按比例绘制，但是应该懂得，这些附图显示了相对较宽(图5-6A)和较窄(图11A-11C)的定时条，其构成条(图11A-11C)和校准条(图6和11A-11C)的广泛范围。然而，实际的长度-直径比不应该从示意图中推断出来，并且用语＂条＂不应该理解为需要螺纹状的构造，但这不排除在外。总地说来，需要相对于长度较小的宽度(和厚度)，以减少用于给定延迟单元所需要的高能材料数量，只要条足够宽和厚，以确保可靠的信号传播。
定时条114具有起点114c和放出点114d，这两个点之间的距离限定了定时条114的＂有效长度＂。起点114c通过信号传输相通的方式而连接在设置在衬底112上的启动装药116上，并且放出点114d与也设置在衬底112上的中继装药118保持信号传输相通。启动装药116和中继装药118可按照与用于将定时条114印刷或以其它方式敷设于衬底112上的方式相似或相同的方式而敷设在衬底112上。或者，装药116和118可通过任何其它合适的方法敷设于衬底112上。装药116和118可以，但不需要由高能纳米材料组成，或者其可由传统的爆炸材料组成。
在分开操作中，敷设燃料层114a和氧化剂层114b提供了重要的安全优势，因为其避免了将燃料和氧化剂成分混合到单一墨水中，之后操纵所得到的高能材料，并将其敷设于衬底112上的需要。通过分开地敷设燃料和氧化剂成分，可利用同操纵预混合的反应成分比较而言更为安全且低廉的操作。燃料和氧化剂的分开敷设消除了对一些当操纵燃料和氧化剂的反应混合物时所必要的防护措施的需求。这种防护措施包括利用爆炸屏障、保持温度和湿度条件，其将减少无意中将反应混合物点燃的可能性，以及采取防护措施以防止静电放电，其可能将反应混合物点燃。
衬底112可由任何合适的材料制成，例如传统的印刷电路板，玻璃纤维增强的塑料、陶瓷或任何合适的材料或材料组合。例如，衬底可包括非电传导材料，或材料具有非电传导的表面层，其上面印刷有定时条114和可选的校准条(如下面所述)。衬底112可选地由高能材料制成，或者其可具有表面(下面有时称之为＂活性面＂)上的高能材料的涂层，其上面沉积有定时条，可选的校准条和启动及中继装药(如下所述)。这里使用的＂反应＂衬底或涂层意指一种参与高能材料条的燃烧反应的衬底或涂层。例如，活性面112a上将氧提供给定时条或校准条燃烧反应的衬底或涂层，例如包含氧的金属化合物，例如硝酸钾将是一种反应衬底或涂层。
当然衬底112可具有适合延迟单元使用的任何尺寸。对于意图用于标准尺寸的雷管外壳的延迟单元，如下所述，衬底112将通常具有选择成接近雷管外壳内径的宽度，从而可贴切地配合在雷管外壳内。尺寸适合于紧密配合在雷管外壳中的安装框架(图中未显示)可选地用来支撑衬底112，使其尺寸适合于安装框架。衬底112将具有大约四分之一英寸(0.64cm)至大约1.2英寸(3.05cm)的长度，以便很容易地配合在标准尺寸的雷管外壳中。可由传统的印刷电路板制成的衬底112，其只需要足够厚，以提供足够的硬度和机械强度，以便在制造和安装到爆炸装置期间便于操纵，而不会引起活性面上的条发生物理变形。例如，衬底112可为大约1/16至1/8英寸(0.159至0.318cm)厚。下面描述图5和6中的箭头S和E。
延迟单元110可通过以下方法来制造。合适的衬底112具有印刷(或以其它方式敷设)在其上面的定时条114。启动装药116和中继装药118可通过任何合适的方法敷设到衬底112的活性面112a上。在所敷设的定时条114和装药116，118干燥之后，可对延迟单元110执行任何所需的后印刷处理或加工，例如可选地将漆膜、层压层或其它涂层敷设到活性面112a上。作为备选或作为附加，可使用灌注物来封闭定时条114或其部分，和/或装药116和118。可选的层压层或涂层可以是对燃烧反应惰性的，或者其可包括氧化剂或燃料或这两者，其都参与定时条114的燃烧反应。
现在参见图6和6A，其显示了包括衬底212的延迟单元210，衬底212上设有定时条214，其由交替的燃料层214a和氧化剂层214b组成。定时条214具有起点214c和放出点214d。启动装药216设置成可与起点214c保持信号传输相通，并且中继装药218设置成可与放出点214d保持信号传输相通。衬底212具有活性面212a。
设置在活性面212a上的还有校准条120，其它本身由与定时条214的交替的燃料层和氧化剂层214a和214b同样设置的多个燃料层214a和氧化剂层214b组成。因此，校准条120具有与定时条214相似(优选相同)的成分和结构，除了校准条120当然可具有比定时条214的有效长度更短或更长的有效长度而没有任何缺点以外。校准条120的交替层优选由与定时条214的层相同批次的墨水敷设而成，并且校准条120的层优选与定时条214同时，并且在相同条件下敷设而成。校准条120具有校准起点120a和校准放出点120b，这些点分别与启动闪光装药122和终结闪光装药124保持信号传输接触。虽然校准条120显示为敷设在与定时条214相同的衬底212上，但是其可敷设在分开的衬底(未显示)上，以预备用于如下所述测试的试样。分开的试样衬底优选具有与衬底212相似或相同的成分。
定时条214的起点214c与启动装药216保持信号传输相通，并且定时条214的放出点214d与中继装药218保持信号传输相通。校准条120和其相关联闪光装药122，124与定时条214和其相关联装药216，218间隔开，从而校准条120和其相关联装药的点燃将不会使定时条214和其相关联装药点燃。
延迟单元210(或未显示的单独的试样，其上面具有校准条120和其相关联的装药122，124)可在测试单元中进行测试。测试单元将开始闪光装药122点燃，并且对校准条120燃烧和将终结闪光装药124点燃所需要的时间周期进行精密的读取。这可通过任何合适的测量装置来实现。校准条120从装药122燃烧至装药124所需要的时间周期，例如可以很容易地通过测量由装药122和124造成的两次闪光之间的时延而以电子方式读取。所测量的时间间隔和已知的校准条120的长度可便于计算校准条120的燃烧速率(每单位时间的距离，例如厘米每秒)。校准条120的燃烧速率将与定时条214的燃烧速率相同，因为定时条214由与校准条120相同或同样的一批高能材料成分墨水，并且优选在相同的制造操作期间和在相同的印刷条件下印刷而成的。定时条和校准条优选具有相同的层厚度、宽度和配置，并且设置在相同的衬底或相同的衬底材料上。所有这些是为了促进定时条214和校准条120以基本相同的速率进行燃烧。
一旦燃烧速率，即信号沿着校准条120的移动速度是已知的，那么需要基于定时条214具有与校准条120相同的燃烧速率，来确定预期的延迟周期所需的定时条214的有效长度。因而可利用校准条120作为质量控制，检查定时条214是否已经敷设到衬底212上。在其它情况下，校准条120可用于确定定时条214的长度。如上所述，制造的各个延迟单元或只有其中选定的延迟单元可进行测试，以确保将时间延迟周期保持在所需的范围内。上面还注意到，装药216，218可敷设在预先存在的定时条214上，其制成比预期的时间延迟周期所需稍微长一些。装药216和218放置在定时条214上，彼此相隔选定的距离，以提供未被装药216和218覆盖，并且位于装药216和218之间的定时条214的有效长度，其基于使用校准条120所确定的燃烧速率而将给予所需的延迟周期。
定时条114，214和校准条120可通过任何合适的印刷或沉积技术例如用于印刷和制图工业中的技术而敷设在衬底112，212上。作为举例说明而非限制，这些技术包括丝网印刷方法、喷墨打印、模板印刷、转印法以及其它这类技术。
本发明的延迟单元可插入到传统的雷管外壳128中(图7和7A)，并配置成可在外壳128中，在延迟单元110的任一边留出较大自由空间容积129a，129b，如图7A中所示。传统的雷管外壳128的内径D(图7A)为大约0.256英寸(0.650cm)。
上述延迟单元可封装在任何合适的封装材料中，例如通常用于封装电子元件类型的灌注物。封装材料配置成可提供合适所需目的形状和尺寸。例如，如果延迟单元意图用于传统尺寸的延迟雷管中，那么封装材料成形为圆形截面的圆柱体，其外径紧密地配合在标准雷管外壳的内径中。在封装材料中形成了合适的通道，以便允许从延迟单元中输入和输出信号。
或者，封装材料可简单地包括沉积在定时条上的任何合适的非反应材料层或层压层；所述层可通过喷涂、滚动敷设、涂抹、印刷、敷设层压膜或用于敷设这种层压涂层的其它合适的技术来沉积。
延迟单元的封装可用于几个目的，包括将定时条隔离环境效应，例如来自激波管的压力脉冲(其可能影响定时条的燃烧速率)，可使由衬底上的定时条组成的延迟引信元件符合容器或包装例如标准雷管外壳的形状，并防止由于激波管的末端喷溅(火焰脉冲信号)而引起的延迟引信成分的短路或跳火。
图7B是圆柱形埋置体158的透视图，其中埋置了延迟单元710。延迟单元710与图6所示的延迟单元210是相似的，并且包括衬底712，其上面设置有校准条720，其将校准开始闪光装药722连接到校准终结闪光装药724上。定时条714将启动装药716和中继装药718连接起来。校准条720可如上所述用于测试控制目的，或者其可简单地被埋置体158(或图7E所示的埋置体158′)覆盖而未被使用。如果之前没有使用校准条720，那么一旦已经将延迟单元710封装在埋置体158或158′中时，明显是无用的。本发明的延迟单元当然可在上面没有校准条的条件下制成，在这种情况下，校准不被视为必要的，或者校准是在与用于延迟单元的衬底间隔开的衬底上执行的。
圆柱形的埋置体158具有成形于其输入端158a的入口通道160和成形于其输出端158b的出口通道162。入口通道162纵向地沿着埋置体158延伸足够远，使启动装药716暴露于箭头S指示的输入信号下。出口通道162纵向地沿着埋置体158从其输出端158b延伸足够远，使得中继装药718所产生的信号将从埋置体158中如箭头E所示显现出来。
埋置体158可替代图7所示雷管中的延迟单元210，并且这种替代如图7C和7D中所示。这种装置将按照与图7实施例基本相同的方式起作用，但定时条714将得以防护，以免在图7的激波管132中发生压力积聚。如果激波管132足够长，设置在其内壁132a上的高能材料的反应将造成压力积聚到足以影响定时条714的燃烧速率。通过封装定时条714，可防止压力变化，因此其燃烧速率甚至不受显著的压力变化的影响。
埋置体158的圆柱形构造尺寸加工成可具有外径d(图7B)，其将紧密配合在雷管外壳128的内径D(图7D)中。这促进了制造工艺，因为圆柱形的埋置体158比未埋置的延迟单元例如图6，6A和7A中所示的延迟单元更容易插入到外壳128的内部中。(明显的是延迟单元以及其它构件的插入发生在形成折边128c(图6)，以便将激波管132保持在合适位置之前。)埋置体158还提高了延迟单元710的机械强度，并在制造工艺的操纵过程和运输过程中保护它，如果在将其插入到爆炸装置中之前进行运输的话。
如图7C和7D中所示，埋置体158紧密地配合在雷管外壳128中(图7)，并且衬套134将激波管132保持和定位在雷管外壳128中。埋置体158的入口通道160与激波管132的内部(和启动装药716)对准。埋置体158的出口通道162与中继装药718对准，并与雷管输出装药130对准，更具体地说，与其叠氮化铅起爆装药130a对准，起爆装药130a插入在PETN主装药130b和箭头E所代表的输出信号之间。
虽然如上所述，埋置体158的圆柱形构造非常适合于在圆柱形的雷管外壳例如外壳128中使用，但是，埋置体明显可采用其它合适的形状，用于圆形或非圆形截面的装置。甚至当用于雷管外壳128中时，如图7E中所示，埋置体不需要具有圆形的圆柱形形状，但可以例如，包括覆盖定时条714的埋置层158′，从而在雷管外壳128中，在延迟单元712的任一边留出自由空间129a和129b。在埋置层158′中还提供了与图7B和7C中所示的入口和出口通道160，162相对应的入口和出口通道(图7E中未显示)。埋置材料还可敷设在衬底712的下侧，如图7E中所示，以提供较厚的延迟单元710的埋置体，从而提高其机械强度，并便于将其插入到雷管外壳128中。
用于本发明延迟单元使用的纳米高能材料的最通用的燃料是Al，Cu和Ag，主要是由于它们是高度传导，相对低廉的，并已经被证明可与＂纳米＂(大约20至大约1,500nm)直径微粒安全协作，并给予良好的性能。总地说来，根据本发明知识用于敷设定时条和校准条的纳米微粒，对其有用的成对燃料和氧化剂反应物是M′+M_xO_y，其中M′是合适的金属燃料，并且M与M′不同的，并且是采用氧化物形式的合适金属，x和y是正整数，例如，1，2，3...n，其可以是相同的或不同的。M′和M_xO_y必须能够被减小成纳米级的微粒。根据本发明的实践，采用纳米微粒形式的合适的金属燃料包括Ag，Al，B，Cu，Hf，Si，Sn，Ta，W，Y和Zr。已知的纳米铝热剂包括以下化学计量的成对的燃料和氧化剂反应物，其选自上述论文＂铝热剂、金属间化合物和可燃金属的理论的能量释放＂(＂Sandia论文＂)的表1a中所列举的那些燃料和氧化剂反应物。以下特定的成对反应物被认为适合本发明的实践。其显示了燃料和氧化物的化学计量比；本发明实践可以，但不需要采用这种燃料和氧化剂化学计量比。
2Al+3AgO；2Al+3Ag₂O；2Al+B₂O₃；2Al+Bi₂O₃；2Al+3CoO；8Al+3Co₃O₄；2Al+Cr₂O₃；2Al+3CuO；2Al+3Cu₂O；2Al+Fe₂O₃；8Al+3Fe₃O₄；2Al+3HgO；10Al+3I₂O₅；4Al+3MnO₂；2Al+MoO₃；10Al+3Nb₂O₅；2Al+3NiO；2Al+Ni₂O₃；2Al+3PbO；4Al+3PbO₂；8Al+3Pb₃O₄；2Al+3PdO；4Al+3SiO₂；2Al+3SnO；4Al+3SnO₂；10Al+3Ta₂O₅；4Al+3TiO₂；16Al+3U₃O₈；10Al+3V₂O₅；4Al+3WO₂；2Al+WO₃；2B+Cr₂O₃；2B+3CuO；2B+Fe₂O₃；8B+3Fe₃O₄；4B+3MnO₂；8B+3Pb₃O₄；3Hf+2B₂O₃；3Hf+2Cr₂O₃；Hf+2CuO；3Hf+2Fe₂O₃；2Hf+Fe₃O₄；Hf+MnO₂；2Hf+Pb₃O₄；Hf+SiO₂；2La+3AgO；2La+3CuO；2La+Fe₂O₃；2La+3HgO；10La+3I₂O₅；4La+3MnO₂；2La+3PbO；4La+3PbO₂；8La+3Pb₃O₄；2La+3PdO；4La+3WO₂；2La+WO₃；3Mg+B₂O₃；3Mg+Cr₂O₃；Mg+CuO；3Mg+Fe₂O₃；4Mg+Fe₂O₄；2Mg+MnO₂；4Mg+Pb₃O₄；2Mg+SiO₂；2Nd+3AgO；2Nd+3CuO；2Nd+3HgO；10Nd+3I₂O₅；4Nd+3MnO₂；4Nd+3PbO₂；8Nd+3Pb₃O₄；2Nd+3PdO；4Nd+3WO₂；2Nd+WO₃；2Ta+5AgO；2Ta+5CuO；6Ta+5Fe₂O₃；2Ta+5HgO；2Ta+I₂O₅；2Ta+5PbO；4Ta+5PbO₂；8Ta+5Pb₃O₄；2Ta+5PdO；4Ta+5WO₂；6Ta+5WO₃；3Th+2B₂O₃；3Th+Cr₂O₃；Th+2CuO；3Th+2Fe₂O₃；2Th+Fe₃O₄；Th+MnO₂；Th+PbO₂；2Th+Pb₃O₄；Th+SiO₂；3Ti+2B₂O₃；3Ti+2Cr₂O₃；Ti+2CuO；3Ti+2Fe₂O₃；Ti+Fe₃O₄；Ti+MnO₂；2Ti+Pb₃O₄；Ti+SiO₂；2Y+3CuO；8Y+3Fe₃O₄；10Y+3I₂O₅；4Y+3MnO₂；2Y+MoO₃；2Y+Ni₂O₃；4Y+3PbO₂；2Y+3PdO；4Y+3SnO₂；10Y+3Ta₂O₅；10Y+3V₂O₅；2Y+WO₃；3Zr+2B₂O₃；3Zr+2Cr₂O₃；Zr+2CuO；3Zr+2Fe₂O₃；2Zr+Fe₃O₄；Zr+MnO₂；2Zr+Pb₃O₄；和Zr+SiO₂。
以下选自Sandia论文的表3a中的金属氧化物被认为合适于在本发明的实践中用作氧化剂的纳米微粒，即：Ag₂O；Al₂O₃；B₂O₃；BeO；Bi₂O₃；Ce₂O₃；CoO；Cr₂O₃；Cs₂O；Cs₂O₃；CsO₂；CuO；Cu₂O；Fe₂O₃；Fe₃O₄；HfO₂；La₂O₃；Li₂O；MgO；Mn₃O₄；MoO₃；Nb₂O₅；Nd₂O₃；NiO；Pb₃O₄；PdO；Pt₃O₄；SiO₂；SnO₂；SrO₂；Ta₂O₅；ThO₂；TiO₂；U₃O₈；V₂O₅；WO₂；WO₃；Y₂O₃；ZnO；和ZrO₂。
除了上面已知的成对的金属及金属氧化物燃料和氧化剂反应物以外，TiO₂，迄今不为人所知适合用作纳米微粒铝热剂成分的氧化剂，其在本发明实践中很适用，尤其当与Al作为金属燃料结合使用时。
在氧化剂和燃料成分保持彼此分开，并分开地敷设在衬底上的情况下，敷设是按照将燃料和氧化层分开敷设在衬底上，使其彼此接触的方式来执行的。接触可以是紧贴接触，外围重叠接触或完全重叠接触，即将一层敷设在另一层上面并完全覆盖它。可采用两个或更多个交替的燃料和氧化剂材料层，例如，在燃料层和氧化剂层中的纳米燃料和氧化剂材料。如本文其它地方所述，在高能材料中可提供间隙，以提高在特定情况下的燃烧时间。
将燃料层和氧化剂层敷设到衬底上的顺序不是关键的，即，氧化剂层可以是首先沉积的层，而燃料层可沉积在氧化剂层上。
图7显示了包含在其它传统雷管126中的图6和图6a延迟单元210的示意图。雷管126包括传统的外壳128，其具有封闭端128a和开口端128b。爆炸装药，例如具有叠氮化铅起爆装药130a和PETN主装药130b的传统雷管输出装药130，则包含在外壳128中，位于封闭端128a。雷管126在其开口端128b接受信号传输引信，在所示实施例中包括激波管132，其包含被覆在其内壁132a上的高能材料(未显示)。衬套134定位成可密封开口端128b，并且通过成形于外壳128中的折边128c而保持在合适位置上，以便将外壳28的内部相对环境密封起来，并将激波管定位和保持在合适位置上，这在本领域中是众所周知的。在激波管132的输出端32b和雷管输出装药130之间插入了图5和5A的延迟单元210替代传统的烟火延迟单元。传统的雷管126的构件，例如防止不小心造成的静电放电的绝缘杯、弹性圆盘、刮垢环等等，可从图7的示意图中省略掉，因为这对于本领域中的技术人员是众所周知的，并且不形成本发明的一部分。
本领域中的技术人员众所周知的是，起爆装置(未显示)将包含在激波管132中的高能材料点燃。图6中(和图7中)由箭头S表示的所引起的输入信号移动穿过激波管132，并起爆延迟单元210的启动装药216，其则将定时条214在其起点214d处点燃。定时条214沿着其长度燃烧，并且在燃烧达到放出点214d的时间之后，将中继装药218点燃，并产生由图6(和图7C)中箭头E代表的输出能量信号，将起爆装药130a点燃，其则将雷管输出装药130的主装药130b点燃，从而提供雷管126的输出爆炸能量。通过在雷管126中使用任何其它所示的延迟单元110，310，410，510，610或710可获得相同的结果，因此不需要重复其细节描述，除了注意图5和7C还通过箭头S显示了输入信号和通过箭头E显示了所得到的输出能量。
高能材料的氧化剂和燃料成分可分开地敷设于衬底上，构成使分开敷设的氧化剂和燃料涂层在衬底上彼此接触的一种图案。因而，图8显示了一个本发明的实施例，其包括由衬底312组成的延迟单元310，衬底上面沉积有网状图案的定时条314，其由燃料层314a组成，其上面敷设有构成圆点花纹图案的多个氧化剂层314b。或者，燃料层314a可具有由氧化剂圆点花纹填充的＂孔＂，其中氧化剂圆点花纹和燃料层彼此重叠。这种燃料和氧化剂的图案，包括图9A和9B中所示的那些图案的目的是控制定时条314的燃烧速率，以便获得预定的燃烧时间或限制燃烧时间，作为校准条作用所得出的数据。在所敷设的氧化剂层314b的圆点花纹之间的空间有效地提供了时序列中＂突变间隙＂。这种突变间隙足够小，使其不会终止燃烧反应，但通过要求反应跳过没有氧化剂或没有燃料的地方(突变间隙)而使反应变缓慢。这些组成图案的敷设作用因而提供了突变间隙，其按照与图12中所示的突变间隙164相似的方式起作用，其中间隙164不包含氧化剂和燃料，如下所述。启动装药316与定时条314在其起点314c处保持信号传输接触，并且中继装药318与定时条314在其放出点314d处保持信号传输接触。图8的再现是示意性的，并且显然可将或多或少和或大或小的氧化剂材料的＂圆点花纹＂敷设在燃料层314a上。此外，如在所有实施例中那样，可敷设交替的燃料层和氧化剂层。因而，第二燃料层(未显示)可敷设在圆点花纹氧化剂层上，第二圆点花纹氧化剂层(未显示)可敷设在第二燃料层，等等。
图9A和9B显示了延迟单元410的制造阶段，其中(图9A)燃料层414a以方格图案敷设在衬底412上，并且氧化剂层414b(图9B)敷设在方格图案上，以覆盖燃料层的方格图案的空格。燃料层414a和氧化剂层414b的其中一个或这两者的方格优选制成特大型，使得相邻的燃料和氧化剂的方格在方格边缘重叠，以确保燃料层和氧化剂层形成彼此良好的接触。如图9B中所示，启动装药416和中继装药418定位成分别与定时条414起点414c和放出点414d保持信号传输接触。
现在参见图10，其示意性地以正视图显示了用于制造本发明延迟单元的生产线的一个实施例。环形传送带136携带多个衬底512顺续地穿过第一印刷头138，其按照合适的图案将燃料层(图10中未显示)敷设在衬底512上。在离开第一印刷头138之后，上面敷设有燃料层的衬底512穿过第一烘干炉140，在该烘干炉中将所敷设的燃料层完全干燥。衬底512然后在第二印刷头142的下面穿过，其以合适的图案敷设氧化剂材料层(未显示图10)，其与之前敷设的燃料层相接触。衬底512然后穿过第二烘干炉144，在该烘干炉中将所敷设的氧化剂层完全干燥。如果要敷设多个燃料层和氧化剂层，那么可根据需要多次重复工艺，或者可将传送带加长，以容纳额外的印刷头和烘干炉。在一些情况下，可在干燥之前敷设燃料层和氧化剂层。然后从传送带上除去最终的延迟单元510。
本发明具备超越传统烟火延迟单元的显著优势。其中一个优势是，同用于提供相同延迟周期的传统的填充烟火的金属外壳管所需要的烟火材料数量比较而言，所印刷或以其它方式沉积的本发明条需要小得多的高能材料量。利用本发明可实现的高能材料量上的显著减少不仅降低了材料成本，而且改善或克服了排气问题。延迟单元的高能材料的气态燃烧产物的形成在延迟单元中或其外壳中产生了压力，该压力增量影响燃烧速率，从而对获得所需时延的精度和可靠度产生负面影响。同传统的烟火延迟管相比，本发明实践中对非常少量的高能材料的使用极大地减少气态反应产物的数量，甚至可使用产生气体的烟火成分作为纳米高能材料。此外，本发明还包括使用铝热剂材料作为纳米烟火材料，并且铝热剂材料不会产生显著的(或任何)气态燃烧产物。
本发明还提供了在衬底上提供和利用校准条的选项，以进一步提高由定时条114提供的时延精度。尽管对预备高能材料做了极大专注，包括本发明构思的燃料和氧化剂墨水，但是，因批次不同会发生变化。与所有或部分定时条基本相同的校准条的提供，以及在制造工艺期间使用校准条来沿着校准条对燃烧速率进行定时，并相应地配置定时条，从而实现对所需延迟周期的极其精密的控制和可重复性。这种优势是传统的烟火延迟和制造技术不可获得的。
现在参见图11和11A-11C，其示意性地显示了用于制造本发明延迟单元的一个实施例的生产线的另一实施例和所得到的产品。图11A-11C的实施例显示了本发明的制造方法，其中桥接条以选定的位置和配置敷设在衬底上，以闭合非连续性，即，将终端间隙引入到初始敷设的定时条部分，并提供选定的定时条的有效长度。环形传送带146携带多个衬底612顺序地穿过第一对印刷头148a，148b，其将校准条620和由第一条614x和第二条614y组成的部分定时条614(图11C)敷设到衬底612上。印刷头148a包含燃料成分，例如，包含燃料微粒的墨水，并且印刷头148b包含氧化剂成分，例如，包含氧化剂微粒的墨水。燃料和氧化剂成分可分开进行处理，存储和敷设，因此避免了对处理，存储和敷设危险的燃料和氧化剂的反应混合物的需求。根据这种实践，燃料和氧化剂成分只有在敷设于衬底上期间，或优选在敷设于衬底上之后彼此相接触。校准条620敷设在校准开始闪光装药622和校准终结闪光装药624之间。第一条614x的一端与启动装药616相接触，并且第二条614y的一端与中继装药618相接触。可在衬底612穿过第一对印刷头148a，148b下面之前，之后，或同时地，将一个或多个装药616，618，622和624敷设在衬底612上。
在所示的实施例中，第一条614x具有锯齿状构造，以便增加其有效长度，并从而增加其燃烧时间，而条614y是直的。校准条620(图11A)同样地具有锯齿状构造，并且在开始闪光装药622和终结闪光装药624之间延伸。通过开始闪光装药622的点燃，可计算校准条620，和因而定时条614的燃烧速率，以确定预期的延迟周期所需要的定时条614的总长度。这将确定所需要的桥接条614z的构造和方位，其将产生所需的延迟周期。
和其它实施例一样，校准条620和定时条614是在分开的步骤中敷设的，从而分开地敷设校准条620和定时条614的燃料和氧化剂成分。校准条620和定时条614优选由相同的材料制成，并且在燃料层和氧化剂层的数量和顺序方面配置成相同，使其相应的燃烧速率基本相同。
在离开第一对印刷头148a，148b之后，其活性面612a上敷设有，例如印刷有条614x，614y和620的衬底612将穿过烘干炉150，在该烘干炉中将所敷设的条完全干燥。图11A显示了当其离开烘干炉150时，并遭遇到试验台152之前的衬底612。现在已印刷好的衬底612穿过测试台152的下面，在此处将至少一些衬底612的校准开始闪光装药622点燃。使校准条620完全燃烧，并将校准终结闪光装药624点燃所需要的时间长度可通过任何合适的方法来测量。图11B显示了在将校准装药622和624以及校准条620点燃之后，并且在衬底612进入到第二对印刷头154a，154b之前的衬底612。
通常，光阅读器将测量由校准开始闪光装药622和校准终结闪光装药624的点燃所造成的闪光之间的时间。该数据记录在测试台152上。所记录数据用于计算校准条620的燃烧速率，并且假定燃烧速率对于定时条614的有效长度相同(图11C)，计算桥接条614z所需要的位置和构造。线156将测试台152连接到第二对印刷头154a，154b上，以控制由第二对印刷头154a，154b所敷设的桥接条614z的位置和图案，从而提供定时条614的有效长度(图11C)，以给予所需的时延。印刷头154a包含氧化剂成分，并且印刷头154b包含燃料成分，以便将这些成分间隔开，直到敷设于衬底上，如同印刷头148a，148b一样。延迟单元610从传送带146上卸下来，以进一步处理，或存储或使用。
如上所述，不是每个延迟单元都必须通过将其相关联的或测试用的校准条点燃进行测试。例如，通过相关联的或测试用的校准条20的点燃可试验十个、五十或一百个衬底12中的其中一个。在给定的制造操作中将由经验来显示测试衬底或延迟单元的频率，以提供对由所利用的特定的制造工艺和材料所提供的延迟单元的精度进行控制的所需程度。
在本发明的一些实施例中，定时条是中断的，也就是说，在定时条中提供了间隙，以限制其定时特性。这些间隙是足够小的，使得信号将跳过间隙，并从起点移动到放出点。在分开敷设燃料层和氧化剂层的情况下，这可通过将燃料层和氧化剂层隔断或只是将其中一个层，例如，氧化剂层，而留下燃料层是连续的来实现。本发明的这个方面并不局限于在定时条中提供简单的间隙，而是该间隙可具有任何合适的几何形状。例如，间隙可提供成V形臂状、螺旋形的或其它合适的图案。
现在参见图12，其显示了包括衬底812的延迟单元810，衬底812上设置有定时条814。(图12中省略了启动装药和中继装药，但分别由这种启动装药和中继装药提供的输入信号S和输出信号E由标号箭头表示。)如上相对于其它实施例所述，输入信号S代表用于将启动装药点燃的输入，输出信号E代表已点燃的中继装药的输出。图中可见定时条814具有多个在定时条814的部分814a之间形成的跳跃间隙164。在本文中和权利要求中使用的＂突变间隙＂指的是并未大到足以阻止点燃信号沿着定时条传输的间隙(这与上述的终端间隙形成了对比，上述终端间隙需要桥接条的桥接或闭合，以允许点燃信号从定时条的起点移动到放出点)。当输入信号S将启动装药(图12中未显示)点燃时，启动装药的输出将最靠近输入箭头S的部分814a点燃，并且其起爆部分814a的输出跳火越过突变间隙164的相邻部分814a，并且那种跳火如图12中的箭头F所示进行重复，直到最靠近输出箭头E的部分814a将中继装药(图12中未显示)点燃。突变间隙164的提供减缓了信号沿着定时条814长度传递的进度，因为在每个突变间隙164处都遇到延迟。也就是说，由箭头F所示的跳火所花费的时间比如果定时条814没有突变间隙164，而只是简单地连续地从其起点或输入端810a燃烧至其终点或输出端810b所花费的时间更长。
如上面所述，规则尺寸和间隔开的间隙164只是定时条中的突变间隙的一个实施例。突变间隙可以是不同尺寸，不规则间隔开的，或以不同的形状来提供，例如V形臂状，螺旋线形等等。
延迟单元可配置多个印刷的定时条，其于其起点处连接在公用的输入＂总线＂或公用的启动装药上，并且于其放出点处连接在输出＂总线＂或公用的中继装药上。通过这种方式，最快燃烧的条总是将输出装药起爆。因为多个定时条的实际的燃烧时间的分布预计是正常分布的，所以这种设置将有效地截取燃烧时间的正态分布，并且降低标准偏差。虽然正常的燃烧时间在工艺过程中会有所偏移，这可通过调整条的长度进行补偿。结果是降低了单个条的燃烧时间的标准偏差。所印刷的纳米高能材料定时条的较低临界直径允许大量的条沉积在衬底上，导致在本发明大量生产的延迟单元中显著地改善定时变化性能。
现在参见图13，其显示了包括衬底912的延迟单元910，衬底912上设置有定时条914。如图12中所示，启动装药和中继装药从图13中省略了，但输入箭头S示意性地指示了启动装药的输入，并且输出箭头E示意性地指示了中继装药的输出。在这个实施例中，定时条914包括输入＂总线＂部分914a，其通过多个线性条914c而连接在输出＂总线＂部分914b上。线性条914c通过纵向延伸的间隙914d而彼此间隔开。在定时条914的几何形状上，纵向延伸的间隙914d不会中断信号，而仅仅使线性条914c彼此间隔开。应该懂得可消除＂总线＂914a和＂总线＂914b，并且线性条914c可将启动装药直接连接在输出装药上。总线914a和总线914b提供了一个优势在于，其同其中一个条914c相比较大的区域提供了在启动装药和中继装药附近较大量的高能材料(图13中未显示，但分别定位在箭头S和E的位置周围)。增强的高能材料数量有助于确保与启动装药(箭头S)和中继装药(箭头E)的可靠的信号传输相通。
在这个实施例中，线性条914c的最快燃烧将设定从输入部分914a至输出部分914b的燃烧定时。
本发明的延迟单元特别适合于形成不同于平面构造的构造，其尤其适用于引信构件。在制造这类延迟单元的第一步骤期间，上述定时条敷设于薄的柔性衬底上，例如纸，加强纸，膜，膜，塑料或相似的材料。衬底在形状上可以是矩形。接下来，将启动装药和中继装药印刷或以其它方式敷设于衬底的任一端上，使其与定时条相连或重叠。由任何合适的材料例如，与衬底相同或相似的材料组成的薄的，柔性的层压层，其敷设成可使其完全覆盖定时条，但留下多个启动装药和中继装药暴露于外。层压层可利用粘合剂，机械装置，或任何合适的方法而连接在衬底上。现在可将组件滚轧或以其它方式形成合适的形状，以便插入到保持器或容器中。例如，可将层压层滚轧成圆柱形，并插入到标准圆柱形的雷管外壳中。在这种情况下，可将可选地锥形的，并由任何合适的材料例如，合适的塑料制成的插头插入到雷管外壳的内部，以便机械地将其保持在合适位置上，以防止雷管的输入信号掠过中继装药或雷管输出装药，从而绕过定时条。当输入信号将启动装药点燃，燃烧定时条，并将中继装药点燃时，该组件组成了延迟元件。
图14显示了包括衬底1012的延迟单元1010的分解透视图，衬底1012上设置有定时条1014，其将启动装药1016连接至中继装药1018上。假定衬底1012具有薄的柔性结构，即，衬底1012必须能够如下所述进行滚轧或折叠，那么，延迟单元1010可包括本发明的任何实施例，包括上述任何不同的实施例。此外，定时条1014，启动装药1016和中继装药1018必须粘附在衬底1012上，即使当后者进行滚轧或折叠时。在这个实施例中，相似的薄的，柔性层压膜166敷设于衬底1012上，以便覆盖定时条1014，但留下启动装药1016和中继装药1018暴露于外。层压膜166优选覆盖所有的定时条1014。
图14A示意性地显示了在步骤A中将层压膜166敷设在延迟单元1010的定时条1014上，从而如步骤B中所示提供层压的延迟单元1010′的组装步骤。之后如图14A的步骤C中所示将层压的延迟单元1010′沿着其纵轴线L-L滚轧成圆柱形的构造。通过将圆柱形滚轧的层压的延迟单元1010′插入到雷管外壳中可简单保持住这种圆柱形的构造，如图15所示。作为备选或作为附加，圆柱形滚轧的层压的延迟单元1010′的接缝168可通过粘合剂，机械装置或任何其它合适的方法而固定，以便保持圆柱形的形状。
锥形插头170可插入到圆柱形滚轧的层压的延迟单元1010′中，如下结合图15所述。
图15显示了雷管172，其具有除了里面利用层压的延迟单元1010′(滚轧在管中的层压的延迟单元1010)以替代传统的延迟条以外的传统结构。延迟单元1010′的相对的边缘紧贴接触，以形成接缝168。因而，雷管172包括外壳174，其具有封闭端174a和开口端174b。传统的激波管引信176通过传统衬套178而保持在开口端174b中，衬套如本领域中众所周知的那样通过折边174c而固定在合适位置上。如本领域中众所周知的那样，传统的绝缘杯180定位在激波管引信176的末端176a上，以便防止静电放电。外壳174的封闭端174a附近是传统配置的主装药182a和主输出装药182b。
锥形插头170插入到层压的延迟单元1010中至一定的距离，足以使启动装药1016a暴露于外。锥形插头170并不干涉启动装药1016对定时条1014的点燃，因为锥形插头170通过层压膜166而与定时条1014间隔开。层压膜166保护定时条1014免于磨损，例如由锥形插头170造成的磨损，以及在滚轧操作期间与衬底1012的分层。
现在参见图16，其显示了包括衬底1112的延迟单元1110，衬底1112上显示有起作用后的校准条1120。衬底1112在其上面具有由定时条1114连接起来的启动装药1116和中继装药1118。图中显示了一对缓速剂或加速剂166a，166b敷设于定时条1114上。根据校准条1120的作用所获得的测试结果，将选择缓速剂或加速剂，并选择其与定时条1114保持接触的部分的尺寸，以提供定时条1114所需的燃烧时间。如果需要，缓速剂或加速剂166a，166b可延伸经过总的定时条1114的有效长度。缓速剂可包括吸热材料，例如精细金属(例如铜)微粒层，其将用作散热器，并吸收燃烧反应的热量，因此使反应延迟。或者，包括具有比组成定时条1114的高能材料更高燃烧速率的高能材料的加速剂，其可敷设以便提高定时条1114的燃烧速率。
图17A显示了延迟单元1210的生产阶段，延迟单元1210在衬底1212上具有起作用后的校准条1220和定时条1214，其从点x延伸至点y，提供了与获得预期的延迟周期所需要的有效长度至少相等，但优选更大的定时条1214的长度。基于校准条1220的作用所获得的数据，启动装药1216和中继装药1218敷设于衬底1212上，彼此间隔开一定的距离，以提供沿着定时条1214的起始点x′和放出点y′。在点x′和y′之间沿着定时条1214的距离提供了定时条1214的有效长度，并选择成可提供所需的延迟周期。任何合适的便利的例如图17B中所示向右延伸的中继装药1218，可用于确保中继装药1218启动装置的下一个级。
总地说来，任何一个或多个＂调整结构＂，即突变间隙，缓速剂，加速剂，桥接条或启动装药和/或中继装药的方位，都可用于调整燃烧时间，并因此调整延迟单元的延迟周期。调整结构的构造和/或成分可以是预定的或基于数据从校准条作用中推导出来的。
虽然已经结合本发明的特定实施例详细地描述了本发明，但是应该懂得，本发明具有其它应用，并且可以所示实施例的许多变型来体现。例如，除了雷管以外，本发明的延迟单元可用于爆炸或信号传输装置，并且通常可用于任何需要在爆炸或高能量作用之间插入时延的装置。