СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ПОРОХОВ И ПОРОХ Российский патент 2015 года по МПК C06B25/18 C06B27/00 

Изобретение относится к азотсодержащим порохам, выделяющим газы с малым средним молекулярным весом, преимущественно водорода и воды.

Известны пороха разных типов, см., например, Интернет, «википедия».

Скорость пули или снаряда зависит от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме ствола. В той смеси газов, которая образуется после сгорания большинства порохов, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 2300 м/сек и быстро падает по мере адиабатического расширения пороховых газов. Скорость пуль и снарядов, естественно, еще меньше.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. А если еще повысить температуру и давление водорода, то скорость звука возрастет. Например, водород с температурой всего 650°С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/сек, и сможет разогнать пулю или снаряд до скорости 2200 м/сек. При температуре и давлении выстрела скорость звука в водороде может достичь 6400 м/сек, что позволит разогнать пулю или снаряд до скоростей порядка 3000-4000 м/сек. Наличие в пороховых газах воды и «тяжелого» углекислого газа, конечно, не позволяет достичь таких показателей. Но тем не менее даже с данным порохом можно достичь скоростей снарядов и пуль около 3000 м/сек.

Большинство порохов содержат связанный азот, который при взрыве выделяется и в свободном виде. Его можно заставить экзотермически реагировать с цель повышения тепловыделения реакции с мелкодисперсным (менее 10 мкм, желательно, наноразмеров) бором.

На этом и основана идея данного изобретения. Задача и технический результат изобретения - повышение начальной скорости снарядов и пуль. Не только за счет повышения энергетики реакции, но и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода и воды. Свободный азот и, особенно, «тяжелый» CO₂ нежелательны.

СПОСОБ. То есть суть изобретения в том, что к азотосодержащим порохам добавляется мелкодисперсный бор или его горючие соединения, желательно - с водородом, а реакция организуется так, чтобы выделялся преимущественно водород.

Упомянутыми соединениями могут быть бораны (гидриды бора), боргидриды, бориды, карбид бора.

Естественно, что добавка бора к азоту составляет 1:1 по соотношению молекул, +-20%. Например, в любой порох добавляется мелкодисперсный бор. При температуре 800-1200°С происходит реакция с азотом с образованием нитрида бора:

То есть на единицу добавленного бора получается добавочное тепловыделение 23,37 кдж/г. Такая добавка улучшит тепловыделение любого пороха.

Реакция образования нитрида бора лучше идет в присутствии восстановителей - угля, сажи, графита, графена, водорода. В реакции \2\ происходит выделение углерода, поэтому в добавочных количествах восстановителя она не нуждается, в других случаях рекомендуется добавлять мелкодисперсного угля, графита, сажи или графена в количестве 0,0001-1% (оптимально 0,01-0,1%). Присутствие водорода в продуктах реакции уменьшает или даже исключает потребность в углероде.

Возможна добавка не бора, а его реакционно-активных соединений, например жидкого тетраборана (в боеприпасах с герметичной гильзой), или твердого тетраборана. Гильза или картуз в любом случае желательны герметичные, или же они должны храниться в герметичной упаковке вплоть до выстрела, так как бораны очень реакционноспособны. Производство таких боеприпасов желательно вести в азоте или в охлажденном осушенном воздухе.

ПОРОХ. Большинство порохов содержит два основных компонента - пироксилин или коллоксилин (нитроцеллюлоза разной степени нитрации), и нитроглицерин. Данный порох по сравнению с исходным отличается тем, что выполнен по вышеописанному способу, то есть содержит мелкодисперсный бор или его горючие соединения. Рассмотрим, как добавка бора, а лучше - его гидридов (боранов), улучшит показатели пороха. Например, рассмотрим реакцию нитроцеллюлозы с бором:

Показана примерная основная реакция вариативной реакции разложения нитроцеллюлозы. Соотношение компонентов: нитроцеллюлозы (со степенью нитрации х=2) - 92,10%, бора - 7,90%, все +-5%. При этом добавка бора составляет 8,57% от количества нитроцеллюлозы (здесь и далее проценты массовые). Более интересна добавка декаборана, т.к. он содержит водород:

Реакция также примерная, тем более, что в нее добавляется свободный водород. Соотношение компонентов: нитроцеллюлозы (со степенью нитрации х=2) - 91,38%, декаборана - 8,62%, все +-5%. При этом добавка декаборана составляет 9,43% от количества нитроцеллюлозы.

Реакция между нитроглицерином и бором выглядит так:

Соотношение компонентов: нитроглицерина - 87,50%, бора - 12,50%, все +-5%. При этом добавка бора составляет 14,28% от количества нитроглицерина. Более интересна добавка декаборана, т.к. он содержит водород:

В продуктах реакции указаны свободный кислород и свободный водород, это подразумевает, что этот кислород мог до этого полностью или частично израсходоваться в реакции с продуктами разложения нитроцеллюлозы (реакции /2/ и /3/).

Соотношение компонентов: нитроглицерина - 86,42%, декаборана - 13,58%, все +-5%. При этом добавка бора составляет 15,71% от количества нитроглицерина.

Как видим, добавка бора, а особенно - боранов, повышает энергетику пороха и повышает скорость звука в пороховых газах. В случае применения герметичных гильз или картузов возможно применение жидкого тетраборана или газообразного диборана. Результат будет еще долее положительным. При этом количество боранов по отношению к исходному количеству пороха зависит от типа пороха и типа борана, и колеблется в пределах 5-40%.

Избыточное по сравнению с указанным способом количество боранов и других гидридов не навредит пороху, так как они будут термически разлагаться с выделением водорода, а некоторые гидриды - с положительной энтальпией образования, например, диборан, будут выделять еще и тепло.

Изобретение относится к азотсодержащим порохам, выделяющим газы с малым средним молекулярным весом, преимущественно водород и воду. Порох содержит связанный азот и мелкодисперсный бор или мелкодисперсные горючие соединения бора при определенном соотношении компонентов. В качестве связанного азота содержит нитроцеллюлозу со степенью нитрации х=2 или нитроглицерин, а в качестве горючего соединения бора - декаборан. К пороху может быть добавлен жидкий тетраборан или газообразный диборан. Изобретения обеспечивают повышение начальной скорости снарядов и пуль не только за счет увеличения энергетики реакции, но и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода и воды. 4 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Порох, содержащий связанный азот и мелкодисперсный бор, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении: нитроцеллюлозу со степенью нитрации х=2 - 92,10±5%, бор - 7,90±5%, при этом добавка бора составляет 8,57% от количества нитроцеллюлозы.

2. Порох, содержащий связанный азот и мелкодисперсные горючие соединения бора, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении: нитроцеллюлозу со степенью нитрации х=2 - 91,38±5%, декаборан - 8,62±5%, при этом добавка декаборана составляет 9,43% от количества нитроцеллюлозы.

3. Порох, содержащий связанный азот и мелкодисперсный бор, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении: нитроглицерин - 87,50±5%, бор - 12,50±5%, при этом добавка бора составляет 14,28% от количества нитроглицерина.

4. Порох, содержащий связанный азот и мелкодисперсные горючие соединения бора, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении: нитроглицерин - 86,42±5%, декаборан - 13,58±5%, при этом добавка гидрида бора составляет 15,71% от количества нитроглицерина.

5. Порох по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит жидкий тетраборан или газообразный диборан в количестве 5-40% от исходного количества пороха.