ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО СТАРОВЕРОВА - 2 /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2016 года по МПК C06B27/00 C06B31/28 C06B31/00 

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

Известны ВВ, см., например, мои пат. №№2486436, 2486437 «Заряд Староверова - 7 и 10», состоящие из взрывоопасной смеси веществ. Они имеют хорошее тепловыделение, но не очень большое количество выделившегося водорода.

Задача и технический результат изобретения - повышение давления на фронте ударной волны 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°С происходит реакция:

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

Понятно, что количество атомов бора и азота должно соотноситься, 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.

В ВВ 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, и не допустить загрязнения водорода парами этих веществ. Для этого в реакцию можно добавить гидразин. Разумеется, корпус таких взрывных устройств должен быть герметичен и достаточно прочен, чтобы выдерживать давление сжиженного гидразина. ВВ при этом представляет собой порошок, пропитанный жидким гидразином.

Рассмотрим составы таких ВВ 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 - 45,03%+-15%, пятиокись азота -25,14%+-15%, гидразин - 29,83%+-15% (здесь и далее % массовые).

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 44,61%+-15%, нитрат аммония 30,76%+-15%, гидразин - 24,63%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 45,14%+-15%, динитрамид аммония (далее ДНА) - 36,17%+-15%, гидразин - 18,69%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 43,45%+-15%, нитрат бора - 24,56%+-15%, гидразин - 31,99%+-15%. Исходное количество гидразина в этой реакции слишком велико, 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 - 37,32%+-15%, нитрат бериллия -37,96%+-15%, гидразин - 24,72%+-15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 45,14%+-15%, шестиокиси азота -26,83%+-15%, гидразин - 28,03%+-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 - 48,08%+-15%, динитрамид аммония - 34,23%+-15%, гидразин - 17,69%+-15%.

Или возможна такая же реакция с боргидридом алюминия:

Соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 50,33%+-15%, динитрамид аммония - 32,75%+-15%, гидразин - 16,92%+-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 - 49,68%+-15%, пятиокись азота - 23,01%+-15%, гидразин - 27,31%+-10%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,26%+-15%, нитрат аммония - 28,18%+-15%, гидразин - 22,56%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,79%+-15%, динитрамид аммония -33,10%+-15%, гидразин - 17,11%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,09%+-15%, нитрат бора -22,55%+-15%, гидразин - 29,36%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 47,17%+-15%, нитрат бериллия - 26,90%+-15%, гидразин - 25,93%+-15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,79%+-15%, шестиокись азота - 24,55%+-15%, гидразин - 25,66%+-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 - 48,07%+-15%, пятиокись азота -23,75%+-15%, гидразин - 28,18%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,65%+-15%, нитрат аммония безводный - 29,07%+-15%, гидразин - 23,28%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,17%+-15%, динитрамид аммония - 34,17%+-15%, гидразин - 17,66%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,48%+-15%, нитрат бора - 19,94%+-15%, гидразин - 31,58%+-15%.

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 45,56%+-15%, нитрат бериллия -27,72%+-15%, гидразин - 26,72%+- 15%.

С недавно открытым веществом N3O6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,17%+-15%, шестиокись азота - 25,35%+-15%, гидразин - 26,48%+-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 в виду, что, так как бор является в данных реакциях и горючим веществом, и реагирует с азотом, то соотношения компонентов могут быть различными. Именно поэтому в разделе «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 - 45,41%+-15%, гидразин - 54,59%+-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.

Далее:

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,72%+-25%, пятиокись азота - 49,49%+-35%, гидразин - 9,79%+-9%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 42,52%+-30%, нитрат аммония - 31,92%+-25%, гидразин - 25,56%+-25%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 42,31%+-35%, ДНА - 49,22%+-35%, гидразин - 8,74%+-8%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 38,01%+-30%, нитрат бора - 46,76%+-35%, гидразин - 15,23%+-15%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 36,53%+-25%, нитрат бериллия - 54,69%+-35%, гидразин - 8,78%+-8%.

Соотношение компонентов: тетраборан - 40,91%+-25%, шестиокись азота - 52,94%+-30%, гидразин - 6,15%+-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 - 38,64%+-25%, пятиокись азота - 51,23%+-30%, гидразин - 10,13%+-10%.

Соотношение компонентов: декаборан - 38,88%+-25%, нитрат аммония - 50,92%+-35%, гидразин - 10,20%+-10%.

Соотношение компонентов: декаборан - 40,78%+-35%, ДНА - 41,40%+-35%, гидразин- 17,82%+-17%.

Соотношение компонентов: декаборан - 34,81%+-25%, нитрат бора - 56,06%+-30%, гидразин - 9,13%+-9%.

Соотношение компонентов: декаборан - 34,54%+-25%, нитрат бериллия - 56,40%+-30%, гидразин - 9,06%+-9%.

Соотношение компонентов: декаборан - 39,64%+-25%, шестиокись азота - 44,77%+-35%, гидразин - 15,59%+-15%.

Для управления скоростью реакции перечисленные составы могут смешиваться в любой пропорции или в любой из вышеперечисленных зарядов может быть добавлен гидрид и/или боргидрид металла или бора. При этом последние практически не участвуют в ходе реакции, хотя и участвуют в изменении концентрации реагирующих веществ, практически можно считать, что они лишь претерпевают термическое разложение с выделением водорода.

ПРИМЕР 1: ВеН2=Ве+Н2

ПРИМЕР 2: В2Н6=2В+3Н2

Два этих примера дают пример боргидрида,

ПРИМЕР 3: Ве(ВН4)2=Be+2В+4Н2

Все перечисленные водородовыделяющие ВВ значительно повысят обороноспособность нашей страны.

Изобретение относится к метательным взрывчатым веществам, а именно смесевым порохам. Предложены варианты заряда к легкогазовому оружию, включающие боргидрид бериллия, алюминия, лития, лития-алюминия или кремния, или тетраборан, или декаборан в комбинациях с шестью разными окислителями: нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, пятиокисью азота или шестиокисью азота. Для увеличения количества выделяющегося водорода возможно дополнительное включение гидридов или боргидридов металлов, а также бора для увеличения энергетики реакции. Изобретение обеспечивает повышение начальной скорости снарядов и пуль путем выделения преимущественно водорода, увеличение газовыделения реакции и регулирование скорости реакции. 32 н. и 2 з.п. ф-лы.

1. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 45,03±15%, пятиокись азота - 25,14±15%, гидразин - 29,83±15%.

2. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 44,61±15%, нитрат аммония - 30,76±15%, гидразин - 24,63±15%.

3. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 45,14±15%, динитрамид аммония (далее ДНА) - 36,17±15%, гидразин - 18,69±15%.

4. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 43,45±15%, нитрат бора - 24,56±15%, гидразин - 31,99±15%.

5. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 37,32±15%, нитрат бериллия - 37,96±15%, гидразин - 24,72±15%.

6. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид бериллия - 45,14±15%, шестиокись азота - 26,83±15%, гидразин - 28,03±15%.

7. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития - 48,08±15%, динитрамид аммония - 34,23±15%, гидразин - 17,69±15%.

8. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид алюминия - 50,33±15%, динитрамид аммония - 32,75±15%, гидразин - 16,92±15.%.

9. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,68±15%, пятиокись азота - 23,01±15%, гидразин - 27,31±10%.

10. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,26±15%, нитрат аммония - 28,18±15%, гидразин - 22,56±15%.

11. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,79±15%, динитрамид аммония - 33,10±15%, гидразин - 17,11±15%.

12. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 48,09±15%, нитрат бора - 22,55±15%, гидразин - 29,36±15%.

13. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 47,17±15%, нитрат бериллия - 26,90±15%, гидразин - 25,93±15%.

14. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид лития-алюминия - 49,79±15%, шестиокись азота - 24,55±15%, гидразин - 25,66±15%.

15. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,07±15%, пятиокись азота - 23,75±15%, гидразин - 28,18±15%.

16. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 47,65±15%, нитрат аммония безводный - 29,07±15%, гидразин - 23,28±15%.

17. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,17±15%, динитрамид аммония - 34,17±15%, гидразин - 17,66±15%.

18. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,48±15%, нитрат бора - 19,94±15%, гидразин -31,58±15%.

19. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 45,56±15%, нитрат бериллия - 27,72±15%, гидразин - 26,72±15%.

20. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: боргидрид кремния - 48,17±15%, шестиокись азота - 25,35±15%, гидразин - 26,48±15%.

21. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,72±25%, пятиокись азота - 49,49±30%, гидразин - 9,79±9%.

22. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 42,52±35%, нитрат аммония - 31,92±25%, гидразин - 25,56±25%.

23. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 42,31±35%, динитрамид аммония - 49,22±35%, гидразин - 8,74±8%.

24. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 38,01±30%, нитрат бора - 46,76±35%, гидразин - 15,23±15%.

25. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 36,53±25%, нитрат бериллия - 54,69±30%, гидразин - 8,78±8%.

26. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: тетраборан - 40,91±25%, шестиокись азота - 52,94±30%, гидразин - 6,15±6%.

27. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 38,64±25%, пятиокись азота - 51,23±30%, гидразин - 10,13±10%.

28. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 38,88±25%, нитрат аммония - 50,92±35%, гидразин - 10,20±10%.

29. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 40,78±35%, ДНА - 41,40±35%, гидразин - 17,82±17%.

30. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 34,81±25%, нитрат бора - 56,06±30%, гидразин - 9,13±9%.

31. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 34,54±25%, нитрат бериллия - 56,40±30%, гидразин - 9,06±9%.

32. Взрывчатое вещество, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 39,64±25%, шестиокись азота - 44,77±35%, гидразин - 15,59±15%.

33. Взрывчатое вещество по любому из пп.1-32, отличающееся тем, что дополнительно содержит гидрид и/или боргидрид металла или бора.

34. Взрывчатое вещество по любому из пп.1-33, отличающееся тем, что дополнительно содержит любое другое/другие взрывчатые вещества по любому из пп.1-32.