СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2015 года по МПК C06B27/00 C06B25/00 C06B31/28 

Изобретение относится к гражданским и, особенно, к военным взрывным зарядам. Изобретение применимо во всех видах гражданских взрывных работ и во всех военных боеприпасах, особенно кумулятивных.

Известны взрывные заряды, содержащие бор или некоторые соединения бора, см. пат. № US 3111439, или мои пат. РФ пат. №2486436 или №2513848. В последнем, в частности, рассмотрена реакция нитрата аммония, гидрида бериллия, боргидрида бериллия.

Скорость разлета осколков и давление на фронте ударной волны зависят от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме, занимаемом взрывчатым веществом (далее ВВ). В той смеси газов, которая образуется после взрыва большинства ВВ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает в среднем 1100 м/с. И быстро падает по мере адиабатического расширения взрывных газов.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/с. То есть если баллон с водородом в форме снаряда при комнатной температуре просто лопнет от внутреннего давления, то он создаст более сильную ударную волну и придаст осколкам значительно большую начальную скорость, чем осколочно-фугасный заряд с обычным ВВ такого же веса.

Кроме того, большинство ВВ содержат связанный азот, который при взрыве выделяется и в свободном виде. Его можно заставить экзотермически реагировать с целью повышения тепловыделения взрыва с мелкодисперсным (желательно наноразмеров) бором, как в прототипе. Или с гидридами и боргидридами бора, как в пат. № РФ 2513848.

На этом и основана идея данного изобретения. Задача и технический результат изобретения - повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда. Двумя путями - за счет повышения энергетики реакции (вторая энергетическая реакция бора с азотом) и за счет получения выделяющихся газов с малым молекулярным весом - водорода.

СПОСОБ. То есть суть изобретения в том, что к азотосодержащим взрывчатым веществам добавляются бораны и/или боргидриды, а реакция организуется так, чтобы выделялся водород.

ПРИМЕР. В любое ВВ добавляются бораны и/или боргидриды. При температуре 800-1200°С происходит реакция образования нитрида бора:

То есть на единицу добавленного бора получается добавочное тепловыделение 23,37 кДж/г. Такая добавка улучшит тепловыделение любого ВВ. Например, известно повышение мощности взрыва октогена путем добавки бора.

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 нуждаются, в других случаях рекомендуется добавлять мелкодисперсный уголь, графит, сажу или графен в количестве 0,0001-1% (оптимально 0,01-0,1%). Присутствие водорода в продуктах реакции уменьшает или даже исключает потребность в углероде.

СОЕДИНЕНИЯ БЕРИЛЛИЯ

Применение гидридов бериллия и алюминия известно в ракетной технике, но они применяются в других комбинациях и с другим количеством окислителя. Рассмотрим реакции наиболее энергетичных гидрида и боргидрида бериллия с другими окислителями (кроме нитрата аммония в прототипе, см. реакция \6\ в прототипе). При горении в кислороде бериллий дает наибольшую теплоту реакции = 23,91 кДж/г смеси:

Соотношение компонентов: динитрамида аммония (далее ДНА) - 55,50±15%, боргидрида бериллия - 34,63±10%, гидрида бериллия - 9,87±5% (здесь и далее - мас.%).

При герметизации полости взрывного устройства возможна следующая реакция с пятиокисью азота:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 20,88±10%, пятиокись азота - 56,6±15%, гидрид бериллия - 23,12±10%. Тепловыделение достаточно высокое - 17,76 кДж/г.

Возможна реакция боргидрида бериллия с нитратом бора:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 37,1±15%, нитрат бора 62,9±15%.

Или лучше добавить к предыдущей реакции гидрид бериллия:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,20±15%, нитрат бора - 58,30±20%, гидрид бериллия - 24,50±10%.

Возможна реакция боргидрида бериллия и гидрида бериллия с нитратом бериллия:

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,93±15%, нитрат бериллия - 61,63±20%, гидрид бериллия - 20,44±10%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,26±10%, шестиокиси азота - 56,17±10%, гидрида бериллия - 20,20±10%.

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 (участвуют три компонента) двуэнергетическая (идут две энергетических реакции: кислород-металл и азот-бор) 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.

Соотношение компонентов: боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±15%, гидрид лития - 13,09±5% (здесь и далее - мас.%).

Или возможна такая же реакция с алюминием:

Соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 23,66±10%, динитрамид аммония -57,76±15%, гидрид алюминия - 18,58±5%.

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

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 29,75±10%, динитрамид аммония - 54,41±15%, гидрид лития-алюминия - 15,84±5%.

Возможна реакция с более доступным нитратом аммония безводным:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 28,33±10%, нитрат аммония - 48,62±15%, гидрид лития-алюминия - 23,05±10%.

Высокоэнергетична реакция с пятиокисью азота:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 20,23±10%, пятиокись азота - 46,85±15%, гидрид лития-алюминия - 32,92±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 11,80±10%, нитрат бора - 49,80±15%, гидрид лития-алюминия - 38,40±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 16,99±10%, нитрат бериллия - 46,85±15%, гидрид лития-алюминия - 34,56±10%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 23,85±10%, шестиокись азота - 47,05±15%, гидрид лития-алюминия - 29,10±10%.

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 силан с разными окислителями. Так как моносилан - это газ, и храниться он может только в герметичной и достаточно прочной таре, то применяться он может только в герметичных взрывных устройствах.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10%, нитрат аммония безводного - 51,35±15%, силан - 20,6±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10%, динитрамид аммония - 51,35±15%, силан - 20,6±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 20,73±10%, пятиокись азота - 48,82±15%, силан - 30,45±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 11,85±10%, нитрат бора - 53,34±15%, силан - 34,81±10%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 18,14±10%, нитрат бериллия - 55,20±15%, силан - 26,66±10%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 23,77±10%, шестиокись азота - 50,03±15%, силан - 26,20±10%.

СОЕДИНЕНИЯ БОРА

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°C), 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 (он может только в герметичных корпусах):

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,98±15%, нитрат аммония - 60,02±15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15%, пятиокись азота - 60,31±15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15%, нитрат бора - 60,31±15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 34,83±15%, нитрат бериллия - 65,17±15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 41,74±15%, ДНА - 58,26±15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,34±15%, шестиокись азота - 59,66±15%.

Изобретение относится к взрывчатым веществам. Предложены варианты взрывчатых веществ, включающие боргидрид и гидрид бериллия, лития, алюминия, литий-алюминия или кремния или тетраборан и азотсодержащий окислитель - динитрамид аммония, нитрат аммония, нитрат бора, нитрат бериллия, пятиокись азота или шестиокись азота. Техническим результатом является повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда за счет повышения энергетики реакции и получения выделяющихся газов с малым молекулярным весом - водорода. 26 н.п. ф-лы.

1. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: динитрамид аммония (далее ДНА) - 55,50±15 мас.%, боргидрид бериллия - 34,63±10 мас.%, гидрид бериллия - 9,87±5 мас.%.

2. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 20,88±10 мас.%, пятиокись азота - 56,6±15 мас.%, гидрид бериллия - 23,12±10 мас.%.

3. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 37,1±15 мас.%, нитрат бора 62,9±15 мас.%.

4. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,20±15 мас.%, нитрат бора - 58,30±20 мас.%, гидрид бериллия - 24,50±10 мас.%.

5. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 17,93±15 мас.%, нитрат бериллия - 61,63±20 мас.%, гидрид бериллия - 20,44±10 мас.%.

6. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 23,26±10 мас.%, шестиокись азота - 56,17±10 мас.%, гидрид бериллия - 20,20±10 мас.%.

7. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±15 мас.%, гидрид лития - 13,09±5 мас.%.

8. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 23,66±10 мас.%, динитрамид аммония - 57,76±15 мас.%, гидрид алюминия - 18,58±5 мас.%.

9. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 29,75±10 мас.%, динитрамид аммония - 54,41±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 15,84±5 мас.%.

10. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 28,33±10 мас.%, нитрат аммония - 48,62±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 23,05±10 мас.%.

11. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 20,23±10 мас.%, пятиокись азота - 46,85±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 32,92±10 мас.%.

12. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 11,80±10 мас.%, нитрат бора - 49,80±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 38,40±10 мас.%.

13. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 16,99±10 мас.%, нитрат бериллия - 46,85±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 34,56±10 мас.%.

14. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 23,85±10 мас.%, шестиокись азота - 47,05±15 мас.%, гидрид лития-алюминия - 29,10±10 мас.%.

15. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10%, нитрат аммония безводный - 51,35±15 мас.%, силан - 20,6±10 мас.%.

16. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 28,05±10%, динитрамид аммония - 51,35±15 мас.%, силан - 20,6±10 мас.%.

17. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 20,73±10 мас.%, пятиокись азота - 48,82±15 мас.%, силан - 30,45±10 мас.%.

18. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 11,85±10 мас.%, нитрат бора - 53,34±15 мас.%, силан - 34,81±10 мас.%.

19. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 18,14±10 мас.%, нитрат бериллия - 55,20±15 мас.%, силан - 26,66±10 мас.%.

20. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 23,77±10 мас.%, шестиокись азота - 50,03±15 мас.%, силан - 26,20±10 мас.%.

21. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,98±15 мас.%, нитрат аммония - 60,02±15 мас.%.

22. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15 мас.%, пятиокись азота - 60,31±15 мас.%.

23. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 39,69±15 мас.%, нитрат бора - 60,31±15 мас.%.

24. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 34,83±15 мас.%, нитрат бериллия - 65,17±15 мас.%.

25. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 41,74±15 мас.%, ДНА - 58,26±15 мас.%.

26. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,34±15 мас.%, шестиокись азота - 59,66±15 мас.%.