ПИРОТЕХНИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЯ ТЕПЛОВОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H01M6/36 

Изобретение относится к малогазовым средствам обогрева тепловой батареи, а именно к пиротехническим нагревателям, используемым для разогрева тепловых химических источников тока (ХИТ).

Известна пиротехническая смесь для нагревателя тепловых батарей из порошков железа и перхлората калия с содержанием железа 84-90 мас. [1] Пиротехнические нагреватели, изготовленные прессованием такой смеси, имеют форму круглых пластин с диаметром, равным диаметру электрохимического элемента. Они обладают малым газовыделением, электропроводны, имеют достаточную скорость горения. После сгорания такие пиронагреватели сохраняют первоначальную форму, благодаря этому остается неизменным давление опрессовки блока элементов (анодных, катодных, электролитных таблеток и пиронагревателей) теплового ХИТ и тем самым сохраняется его большая механическая прочность. Поэтому ХИТ с такими пиронагревателями надежно работают при воздействии больших механических перегрузок.

Недостатком таких пиротехнических нагревателей является большая критическая толщина горения, которая составляет 0,8-1,0 мм, что не позволяет изготавливать пиронагреватели с меньшей толщиной (0,3-0,5 мм), необходимой для миниатюрных ХИТ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является пиротехническая смесь для нагревателя теплового ХИТ, содержащая железо и перхлорат калия [2]
В тепловом ХИТ, который приведен в указанном патенте, пиронагреватель представлял собой круглую пластину толщиной 1,2-3,2 мм.

Зажигание пиронагревателя производилось с помощью промежуточного ленточного воспламенителя расположенного вдоль блока батареи. Воспламенение ленточного воспламенителя осуществлялось от форса пламени электровоспламенителя.

Пиротехнические нагреватели, приготовленные из вышеуказанного состава, имеют большую критическую толщину горения (0,8--1,0 мм), являющуюся важной характеристикой пиронагревателя. При толщине пиронагревателя меньше критической горение невозможно. Для надежного воспламенения и полного сгорания в составе теплового ХИТ пиронагреватель должен иметь толщину больше критической (т.е. больше чем 0,8-1,0 мм).

Указанное свойство ограничивает возможности применения таких пиронагревателей, особенно в миниатюрных тепловых ХИТ, применяемых для неконтактных взрывателей малокалиберных изделий. Для получения оптимальных весогабаритных характеристик таких тепловых ХИТ пиронагреватели должны иметь толщину не более 0,3-0,6 мм, следовательно, критическая толщина горения должна быть 0,2-0,5 мм. Кроме того, пиронагреватели на основе железа и перхлората калия имеют недостаточную чувствительность к форсу пламени электровоспламенителя, что приводит к необходимости применять в тепловых ХИТ промежуточный ленточный воспламенитель, что усложняет конструкцию теплового ХИТ и увеличивает время ее активации. Скорость горения таких пиронагревателей не достаточна для быстрой активации теплового, ХИТ.

Целью изобретения является увеличение скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу.

Для достижения указанной цепи пиротехническая смесь для нагревателя теплового ХИТ, содержащая железо и перхлорат калия, согласно изобретению, дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.

Молибден от 5 до 15
Перхлорат калия от 10 до 18
Железо от 67 до 85
Для получения таких пиронагревателей были приготовлены смеси компонентов, отличающиеся друг от друга различным содержанием молибдена (3 20 мас.), перхлората калия (8-20 мас.) и содержанием железа, составляющего дополнительную до 100% часть в каждой смеси. Образцы пиронагревателей для исследования готовили прессованием порошкообразных смесей и определяли их критическую толщину горения, скорость горения, чувствительность к тепловому импульсу по минимальной энергии воспламенения (ГОСТ 5811-68) при мощности теплового потока 125 Вт/см².

Полученные характеристики пиронагревателей приведены в таблице. Для сравнения в таблице приведены характеристики пиронагревателей из состава без молибдена.

Как видно из таблицы, критическая толщина, скорость горения и чувствительность к тепловому импульсу отличаются от тех же величин у составов, не содержащих молибден. Наилучшие свойства имеют составы 6, 7, 9, 10, 11, содержащие молибден в пределах 5-15 и перхлорат калия 10-18 мас. При содержании молибдена менее 5, а перхлората калия менее 10 мас. (составы 4, 5) критическая толщина горения больше, а чувствительность к тепловому импульсу и скорость горения ниже, чем у составов без молибдена (2, 3). В тех же случаях, когда содержание молибдена превышает 15, а перхлората калия 18 мас. (составы 8, 12-14), наблюдается изменение геометрических размеров и формы пиронагревателей, связанное с плавлением продуктов реакции из-за высокой температуры горения таких составов; что не допустимо для использования их в тепловых ХИТ. Таким образом, оптимальное соотношение ингредиентов, мас. молибден 5-15; перхлорат калия 10-18; железо 67-85.

Увеличение скорости горения и чувствительности составов с молибденом объясняется сильным каталитическим действием молибдена на процесс разложения перхлората калия.

В результате высокой скорости горения уменьшается скорость теплопередачи от пиронагревателя к электрохимическим элементам ХИТ что улучшает условия распространения фронта горения при малых толщинах пиронагревателя.

Уменьшение критической толщины горения пиротехнического нагревателя позволяет, соответственно, уменьшить в 1,2-1,4 раза габариты (высоту) теплового ХИТ, что важно при создании миниатюрных тепловых ХИТ.

Повышение скорости горения сокращает время разогрева теплового ХИТ, т.е. уменьшается время выхода на режим. Повышенная чувствительность к тепловому импульсу позволяет исключить из конструкции теплового ХИТ переходной ленточный воспламенительный состав и осуществлять зажигание пиротехнического нагревателя непосредственно от форса пламени электровоспламенителя.

Использование: тепловые химические источники тока. Сущность изобретения : пиротехническая смесь для нагревателя содержит мас. % молибден 5 - 15 перхлорат калия 10 - 18 и железо 67 - 85. Этот состав обеспечивает увеличение скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу. 1 табл.

Пиротехническая смесь для нагревателя теплового химического источника тока, содержащая железо и перхлорат калия, отличающаяся тем, что, с целью увеличения скорости горения и чувствительности к тепловому импульсу, она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.

Молибден 5 15
Перхлорат калия 10 18
Железо 67 85л