ЗАРЯД К ЛЕГКОГАЗОВОМУ ОРУЖИЮ - II /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2015 года по МПК C06B27/00 C06B31/28 C06B31/00 C06D5/06 

Изобретение относится к метательным взрывчатым веществам, то есть - к смесевым порохам, далее МВВ, (пора вводить отдельный подкласс - МВВ с выделением водорода или преимущественно водорода) и имеет повышенное по сравнению с другими реакциями выделение водорода.

Известны заряды к легкогазовому оружию, см., например, мои пат. №№2488672, 2490244 и т.п., которые при сгорании выделяют из газов чистый водород, или преимущественно водород. Тепловыделение этих зарядов хорошее, но количество водорода невелико.

Задача и технический результат изобретения - повышение начальной скорости снарядов и пуль путем выделения преимущественно водорода, и путем рационального применения двух энергетических реакций - окисление углерода, бора или металлов, и образование нитрида бора. А также увеличение газовыделения реакции. А также регулирование скорости реакции.

Эта цель достигается во-первых, тем, что происходит реакция «половинного горения» гидридов и боргидридов (то есть окисляется только металл, иногда бор). А во-вторых, тем, что идет вторая энергетическая реакция - реакция бора с азотом с образованием нитрида бора. При температуре 800-1200 градусов С происходит реакция:

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

Понятно, что количество атомов бора и азота должно относиться как 1:1 +-20% (не считая тех случаев, когда бор используется и в качестве основного горючего).

Реакция образования нитрида бора лучше идет в присутствии восстановителей - угля, сажи, графита, графена, водорода. В некоторых реакциях происходит выделение углерода, поэтому в добавочных количествах восстановителя они 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.

В МВВ возможны тройные (три исходных компонента) двуэнергетические реакции (две энергетические реакции: кислород металл и азот-бор) типа «боргидрид-окислитель-гидрид» (они рассмотрены мной ранее). Они обеспечивают хорошее тепловыделение. Но иногда бывает полезнее увеличить объем выделяющегося водорода и снизить температуру реакции, чтобы не допустить потери тепла на испарение или плавление твердых получившихся компонентов реакции, не допустить загрязнения водорода парами этих веществ и уменьшить разгар ствола. Для этого в реакцию можно добавить аммиак. Разумеется, гильза таких патронов или артиллерийских выстрелов должна быть герметична и достаточно прочна, чтобы выдерживать давление сжиженного аммиака. МВВ при этом представляет собой порошок, пропитанный жидким аммиаком.

Рассмотрим составы таких МВВ с некоторыми наиболее перспективными соединениями.

СОЕДИНЕНИЯ БЕРИЛЛИЯ.

Применение гидридов бериллия, лития и алюминия известно в стрелковом деле, но они применяются в других комбинациях и с другим количеством окислителя. Рассмотрим реакции наиболее энергетичных гидрида и боргидрида бериллия с разными окислителями.

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 41,21%+-15%, пятиокись азота - 24,67%+-15%, аммиак - 31,12%+-15% (здесь и далее - масс. %).

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 43,93%+-15%, нитрат аммония 30,29%+-15%, аммиак - 25,78%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 44,60%+-15%, динитрамид аммония (далее ДНА) - 35,76%+-15%, аммиак - 19,64%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 42,60%+-15%, нитрат бора 24,07%+-20%, аммиак - 33,33%+-15%. Исходное количество аммиака в этой реакции слишком велико, а тепловыделение мало, поэтому желательно добавить к предыдущей реакции гидрид бериллия, при этом пойдет параллельная реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,20%+-15%, нитрат бора - 58,30%+-20%, гидрид бериллия - 24,50%+-10%. Комбинируя эти две реакции, можно добиться нужного оптимального исходного содержания аммиака. То есть реакция получится четырехкомпонентной. Этот же способ можно применить и ко всем рассмотренным выше и ниже реакциям.

Также все выше и ниже описанные реакции можно комбинировать между собой для получения нужной общей скорости реакции.

Далее:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 41,81%+-15%, нитрат бериллия - 28,75%+-15%, аммиак - 29,44%+-15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 44,35%+-15%, шестиокиси азота - 26,37%+-15%, аммиак - 29,28%+-15%.

Может пойти побочная реакция образования воды из водорода, но при таких температурах гидрид бериллия или сам бериллий будут реагировать с водяными парами и разлагать воду обратно до водорода.

Может пойти побочная реакция образования оксида бора, но в присутствии вышеназванных восстановителей он будет реагировать с азотом с образованием нитрида бора.

СОЕДИНЕНИЯ ЛИТИЯ-АЛЮМИНИЯ.

Более дешевой химической реакцией может быть также тройная двуэнергетическая реакция лития или алюминия и их соединений с участием бора. Литий обладает вторым после бериллия тепловыделением на единицу смеси - 19,93 кДж/г, а алюминий - на четвертом месте - 16,43 кДж/г-смеси. Но алюминий обладает другими достоинствами - он недефицитен и нетоксичен. Литий трудно разделяется с алюминием, и поэтому наиболее распространено их комплексное соединение.

Реакция боргидрида лития:

Соотношение компонентов: боргидрид лития - 47,55%+-15%, динитрамид аммония - 33,85%+-15%, аммиак - 18,60%+-15%.

Или возможна такая же реакция с боргидридом алюминия:

Соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 49,80%+-15%, динитрамид аммония - 32,40%+-15%, аммиак - 17,80%+-15%.

Реакция ДНА с боргидридом лития-алюминия является сумой этих двух реакций (далее также следует иметь в виду, что реакция с литием-алюминием эквивалентна двум реакциям - с литием и с алюминием).

Рассмотрим возможные реакции:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,85%+-15%, пятиокись азота - 22,62%+-15%, аммиак - 28,53%+-10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,57%+-15%, нитрат аммония - 27,78%+-15%, аммиак - 23,65%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,26%+-15%, динитрамид аммония - 32,75%+-15%, аммиак - 17,99%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 47,22%+-15%, нитрат бора - 22,14%+-15%, аммиак - 30,64%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 46,41%+-15%, нитрат бериллия - 26,47%+-15%, аммиак - 27,12%+-15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,00%+-15%, шестиокись азота - 24,16%+-15%, аммиак - 26,34%+-15%.

СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ.

Кремний находится на пятом месте по тепловыделению реакции с кислородом - 15,06 кДж/г-смеси. Но он обладает другим достоинством - это один из наиболее широко распространенных в природе элементов, и его оксид совершенно не токсичен.

Могут использоваться боргидрид кремния и аммиак с разными окислителями.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,22%+-15%, пятиокись азота - 23,33%+-15%, аммиак - 29,46%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 46,96%+-15%, нитрат аммония безводный - 28,65%+-15%, аммиак - 24,39%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,65%+-15%, динитрамид аммония - 33,80%+-15%, аммиак - 18,55%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 45,61%+-15%, нитрат бора - 22,81%+-15%, аммиак - 31,58%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 44,81%+-15%, нитрат бериллия - 27,26%+-15%, аммиак - 27,92%+-15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,39%+-15%, шестиокись азота - 24,93%+-15%, аммиак - 27,68%+-15%.

СОЕДИНЕНИЯ БОРА - ТЕТРАБОРАН (жидкий).

Бор находится на третьем месте по тепловыделению реакции с кислородом - 18,02 кДж/г-смеси.

Бор может выступать и в качестве горючего, и в качестве источника второй энергетической реакции с азотом. Наиболее перспективен тетраборан - он содержит чуть меньше водорода, чем диборан (2,5 атома водорода на 1 атом бора вместо 3), зато легко сжижается (+18°С), и имеет примерно в 4 раза большую плотность в сжиженном состоянии, чем диборан в сверхкритическом состоянии. Еще более удобен в обращении декаборан - он твердый, но он содержит мало водорода - всего 1,4 атома водорода на 1 атом бора.

Рассмотрим реакции тетраборана с разными окислителями. При этом следует иметь ввиду, что так как бор является в данных реакциях и горючим веществом, и реагирует с азотом, то соотношения компонентов могут быть различными. Именно поэтому в разделах «соединения бора» взяты такие большие допуски содержания ингредиентов. То есть каждая реакция с боранами представляет собой две параллельные реакции (то же относится и к декаборану, см. ниже):

Соотношение компонентов: тетраборан - 43,91%+-15%, аммиак - 56,09%+-15%. И вторая реакция:

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,69%+-15%, пятиокись азота - 60,31%+-15%. Комбинируя эти две реакции можно получить различные сочетания коэффициентов реакции, в том числе - дробные. Например:

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,49%+-35%, пятиокись азота - 49,17%+-45%, аммиак - 10,34%+-10%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 41,85%+-35%, нитрат аммония - 31,41%+-25%, аммиак - 26,74%+-25%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 42,08%+-35%, ДНА - 48,96%+-40%, аммиак - 8,96%+-8%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 37,65%+-35%, нитрат бора - 46,32%+-45%, аммиак - 16,03%+-16%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 36,33%+-35%, нитрат бериллия - 54,38%+-40%, аммиак - 9,29%+-9%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,75%+-35%, шестиокись азота - 52,74%+-40%, аммиак - 6,51%+-6%.

СОЕДИНЕНИЯ БОРА - ДЕКАБОРАН (твердый).

Как сказано выше, все реакции с боранами представляют собой две параллельные реакции, например реакции \26-а\ и \26-б\. Рассмотрим реакции тетраборана с разными окислителями:

Соотношение компонентов: декаборан - 38,40%+-35%, пятиокись азота - 50,90%+-45%, аммиак - 10,70%+-10%.

Соотношение компонентов: декаборан - 39,12%+-35%, нитрат аммония - 42,71%+-35%, аммиак - 18,17%+-18%.

Соотношение компонентов: декаборан - 40,33%+-35%, ДНА - 40,94%+-35%, аммиак - 18,73%+-18%.

Соотношение компонентов: декаборан - 34,61%+-25%, нитрат бора - 55,74%+-30%, аммиак - 9,65%+-9%.

Соотношение компонентов: декаборан - 34,35%+-25%, нитрат бериллия - 56,08%+-30%, аммиак - 9,57%+-9%.

Соотношение компонентов: декаборан - 39,26%+-35%, шестиокись азота - 44,33%+-35%, аммиак - 16,41%+-16%.

Для получения нужной скорости реакции или из других соображений (экономичность удобство, срок хранения) все вышеперечисленные вещества могут смешиваться собой в различных сочетаниях и в различных пропорциях. Работоспособность такой смеси обеспечена, так как все реакции однотипны.

Для дополнительного количества водорода или для снижения температуры (для уменьшения разгара ствола) все смеси могут содержать дополнительное количество боргидридов металлов или гидридов бора. При термическом разложении эти вещества выделяют сравнительно большое количество водорода. Например:

Все перечисленные водородовыделяющие МВВ значительно повысят обороноспособность нашей страны.

Изобретение относится к метательным взрывчатым веществам, а именно смесевым порохам. Изобретения основано на том, что кислород реагирует только с металлом боргибрида (согласно ряду напряжений), а бор экзотермически реагирует с азотом и увеличивает энергетику реакции. Соединения бора, например бораны, боргидриды, кроме того, дают большое количество водорода. Для увеличения количества выделяющегося водорода в реакцию добавлен аммиак. Рассмотрены наиболее энергетичные боргидриды бериллия, алюминия, лития, лития-алюминия, кремния, тетраборан и декаборан в комбинациях с шестью разными окислителями: пятиокисью азота, нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, шестиокисью азота. Техническим результатом изобретения является повышение начальной скорости снарядов и пуль путем выделения преимущественно водорода, а также увеличение газовыделения реакции и регулирование скорости реакции. 32 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 41,21±15 мас.%, пятиокись азота - 24,67±15 мас.%, аммиак - 31,12±15 мас.%.

2. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 43,93±15 мас.%, нитрат аммония 30,29±15 мас.%, аммиак - 25,78±15 мас.%.

3. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 44,60±15 мас.%, динитрамид аммония (ДНА) - 35,76±15 мас.%, аммиак - 19,64±15 мас.%.

4. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 42,60±15 мас.%, нитрат бора 24,07±20 мас.%, аммиак - 33,33±15 мас.%.

5. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 41,81±15 мас. %, нитрат бериллия - 28,75±15 мас.%, аммиак - 29,44±15 мас.%.

6. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 44,35±15 мас.%, шестиокиси азота - 26,37±15 мас.%, аммиак - 29,28±15 мас.%.

7. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития - 47,55±15 мас. %, динитрамид аммония - 33,85±15 мас.%, аммиак - 18,60±15 мас.%.

8. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 49,80±15 мас.%, динитрамид аммония - 32,40±15 мас.%, аммиак - 17,80±15 мас.%.

9. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,85±15 мас.%, пятиокись азота - 22,62±15 мас.%, аммиак - 28,53±10 мас.%.

10. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,57±15 мас.%, нитрат аммония - 27,78±15 мас.%, аммиак - 23,65±15 мас.%.

11. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,26±15 мас.%, динитрамид аммония-32,75±15 мас.%, аммиак - 17,99±15 мас.%.

12. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 47,22±15 мас.%, нитрат бора - 22,14±15 мас.%, аммиак - 30,64±15 мас.%.

13. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 46,41±15 мас.%, нитрат бериллия - 26,47±15 мас.%, аммиак - 27,12±15 мас.%.

14. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,00±15 мас.%, шестиокись азота - 24,16±15 мас.%, аммиак - 26,34±15 мас.%.

15. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,22±15 мас.%, пятиокись азота - 23,33±15 мас.%, аммиак - 29,46±15 мас.%.

16. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 46,96±15 мас.%, нитрат аммония безводный - 28,65±15 мас.%, аммиак - 24,39±15 мас.%.

17. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,65±15 мас.%, динитрамид аммония - 33,80±15 мас.%, аммиак - 18,55±15 мас.%.

18. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 45,61±15 мас.%, нитрат бора - 22,81±15 мас.%, аммиак - 31,58±15 мас.%.

19. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 44,81±15 мас.%, нитрат бериллия - 27,26±15 мас.%, аммиак - 27,92±15 мас.%.

20. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,39±15 мас.%, шестиокись азота - 24,93±15 мас.%, аммиак - 27,68±15 мас.%.

21. Заряд к легкогазовому оружию, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,49±35 мас.%, пятиокись азота - 49,17±45 мас.%, аммиак - 10,34±10 мас.%.

22. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 41,85±35 мас.%, нитрат аммония - 31,41±25 мас.%, аммиак - 26,74±25 мас.%.

23. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 42,08±35 мас.%, динитрамид аммония - 48,96±40 мас.%, аммиак - 8,96±8 мас.%.

24. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 37,65±35 мас.%, нитрат бора - 46,32±45 мас.%, аммиак - 16,03±16 мас.%.

25. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 36,33±35 мас.%, нитрат бериллия - 54,38±40 мас.%, аммиак - 9,29±9 мас %.

26. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,75±35 мас.%, шестиокись азота - 52,74±40 мас.%, аммиак - 6,51±6 мас.%.

27. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 38,40±35 мас.%, пятиокись азота - 50,90±45 мас.%, аммиак - 10,70±10 мас.%.

28. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 40,33±35 мас.%, ДНА - 40,94±35 мас.%, аммиак - 18,73±18 мас.%.

29. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 34,61±25 мас.%, нитрат бора - 55,74±30 мас.%, аммиак - 9,65±9 мас.%.

30. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 34,35±25 мас.%, нитрат бериллия - 56,08±30 мас.%, аммиак - 9,57±9 мас.%.

31. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 39,26±35 мас.%, шестиокись азота - 44,33±35 мас.%, аммиак - 16,41±16 мас.%.

32. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия по любому из пп. 1-31, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит гидрид и/или боргидрид металла или бора.

33. Метательное взрывчатое вещество для легкогазового оружия, отличающееся тем, что представляет собой смесь веществ по любому из пп. 1-32.