Энергонасыщенный взрывчатый материал Российский патент 2019 года по МПК C06B31/04 

Изобретение относится к энергонасыщенным материалам, в том числе взрывчатым материалам смесевого типа, которые могут быть использованы для снаряжения различных боеприпасов, в частности, бризантного действия.

В качестве бризантных взрывчатых веществ (БВВ) в настоящее время для снаряжения боеприпасов используется смесевые ВВ на основе двойных смесей тротила и гексогена (ТГ-20, ТГ-40, ТГ-50, ТГ-80 и др.), на основе тротила и ТЭНа, тротила и октогена, тротила и флигматизатора, а так же тройных смесей тротила, гексогена и алюминия, тротила, октогена и коллоксилина и др. Заряды подобных смесевых энергетических материалов изготавливаются как по литьевой технологии так и по технологии прессования смесей порошкообразных компонентов. Названные взрывчатые материалы имеют плотность от примерно 1,6⋅10³ кг/м³, до примерно 2,0⋅10³ кг/м³ и скорость детонации от 7000 до 9300 м/с.

Несмотря на достаточно широкий диапазон плотностей смесевых взрывчатых составов и высокий уровень скоростей детонации в настоящее время проводится синтезирование новых индивидуальных взрывчатых соединений, например класса циклических нитроаминов (CL-20). Последние вещество имеет плотность 2,04⋅10³ кг/м³ и скорость детонации 9360 м/с (при плотности 1,9⋅10³ кг/м³). Эти вещества так же, как и октоген и гексоген могут служить основой смесевого ВВ с высокими детонационными характеристиками и пониженной чувствительностью к механическим воздействиям.

Наиболее близким к заявляемому является состав, предложенный в работе [1]. Данный состав обладает скоростью детонации 9159 м/с при плотности 1,94⋅10³ кг/м³, чувствительность к удару в приборчике №2 от 350 до 450 мм (по нижнему пределу), чувствительность к трению на копре К-44-III 2400 кг/см².

К недостаткам данных составов следует отнести следующие. По скорости детонации они не сильно отличаются от ранее известных смесевых составов на основе октогена. По чувствительности к удару так же близок к ранее известным. Они не сильно отличаются от ранее известных и по плотности.

По технологичности изготовления зарядов они так же близки к составам на основе октогена. Более того, они не обладают литьевыми свойствами, тогда как в большинстве своем боеприпасы (авиабомбы, артиллерийские снаряды и др.) изготовляются преимущественно по литьевой технологии. Некоторые составы обладая высокими детонационными свойствами, к сожалению имеет мало доступные компоненты. Этот недостаток решается предлагаемой рецептурой взрывчатого материала при соотношении компонентов мас. %:

графит 20…22,

нитрат лития 80…78.

Для определения теплоты взрыва представим уравнение взрывчатого превращения.

3С+2LiNO₃→2СO₂+СО+N₂+Li₂O

В соответствии с термохимическим законам Гесса теплота взрыва равна сумме теплот образования продуктов взрыва (горения) за вычетом теплоты образования исходного взрывчатого материала. То есть теплоту взрыва можно рассчитать по формуле

где - сумма теплот образования продуктов взрыва;

- теплота образования смесевого взрывчатого материала.

Теплоты образования веществ, участвующих в реакции взрывчатого превращения представлены в таблице.

Представляя данные таблицы, в формулу для Q_взp получаем расчетное значение теплоты взрыва округленно 9750 кДж/кг (2330 ккал/кг). Для сравнения теплота взрыва октогена равна 1290 ккал/кг (5390 кДж/кг). То есть теплота взрыва заявляемого взрывчатого материала превосходит теплоту взрыва октогена в 1.8 раз. Плотность предлагаемого взрывчатого материала равна 2,4 г/см³ (2,4⋅10³ кг/м³), т.е. на 26% выше, чем у октогена. Оценим скорость детонации по формуле

где K - показатель адиабаты, который согласно физике взрыва, для конденсированных веществ изменяется от 2,7 до 3,2. Оценочное значение скорости детонации при К=3 составляет 12500 м/с, что на 35% выше, чем у октогена при плотности монокристалла.

Можно оценить детонационное давление, которое в совокупности с плотностью взрывчатого материала определяет бризантность. Детонационное давление определим по формуле

Подставляя в эту формулу значения для ρ₀, D и среднее значение К, получаем Р_н=93,75⋅10⁹ Па. Для октогена этот параметр составляет 40,6⋅10⁹ Па, т.е. детонационные давление у предлагаемого взрывчатого материала более чем в 2 раза превышает подобный показатель октогена.

Приведенные расчетные оценки относятся к стехиометрическому соотношению компонентов предлагаемого энергонасыщенного материала. Заданные в предложенной рецептуре пределы содержания компонентов позволяют в определенной степени варьировать составом. При этом основные параметры взрывчатого превращения не будут сильно отличаться от параметров для стехиометрического соотношения.

Технология получения зарядов предлагаемого энергонасыщенного материала - это литьевая технология. Она состоит в следующем.

Порошкообразный графит с размером частиц от нескольких микрометров до десятков микрометров смешивают с порошкообразным нитратом лития такой же дисперсности до равномерности их взаимного распределения при комнатной температуре и помещают смесь в сосуд, например, фарфоровый. Затем сосуд со смесью помещают в муфельную печь и нагревают до температуры плавления нитрата лития (252+5°С). Расплав перемешивают и разливают в формы для зарядов. Разлитый состав охлаждают при комнатной температуры. Текучесть нитрата лития с распределенным в нем графитом позволяет изготавливать заряды различной формы преимущественно бризантного, в том числе обжимного действия типа кумулятивных зарядов.

Литература:

1. RU №2252925 от 2003 г.;

2. Физика взрыва. Под ред. Станюкевича К.П., «Наука», М. 1975, с. 111-144;

3. Краткий справочник химика. Перельман В.И. Изд. «Химическая литература». М: 1963, с. 624.

Изобретение относится к энергонасыщенным материалам, в том числе взрывчатым материалам смесевого типа. Материал включает два невзрывчатых в индивидуальном виде компонента: горючий компонент - графит и окислительный компонент - нитрат лития. Компоненты взяты в соотношении, близком к стехиометрическому, а именно С – 20-22 мас.%, LiNO₃ - 80-78 мас.%. Взрывчатый материал получают по литьевой технологии смешением горючего с расплавом окислителя при температуре несколько выше плавления окислителя. Полученный материал имеет характеристики: плотность - 2,4⋅10³ кг/м³, теплота взрывчатого превращения - 9750 кДж/кг (2330 ккал/кг), скорость детонации - 12500 м/с, детонационное давление - 93,75⋅10⁹ Па (937,5⋅10³ ат), которые существенно превышают характеристики существующих в настоящее время индивидуальных бризантных взрывчатых соединений и смесевых составов. По оценкам параметры безопасности изготовления и применения не превышают уровня существующих взрывчатых материалов. 1 табл.

Энергонасыщенный взрывчатый материал смесевого типа, содержащий горючие и окислительные вещества, взятые в соотношениях, близких к стехиометрическому, отличающийся тем, что в качестве горючего вещества он содержит графит (С), а в качестве окислителя - нитрат лития (LiNO₃) при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

графит (С) 20-22 нитрат лития (LiNO₃) 80-78