[go: up one dir, main page]

RU2335484C2 - Gas-making pyrotechnic compound - Google Patents

Gas-making pyrotechnic compound Download PDF

Info

Publication number
RU2335484C2
RU2335484C2 RU2006138376/02A RU2006138376A RU2335484C2 RU 2335484 C2 RU2335484 C2 RU 2335484C2 RU 2006138376/02 A RU2006138376/02 A RU 2006138376/02A RU 2006138376 A RU2006138376 A RU 2006138376A RU 2335484 C2 RU2335484 C2 RU 2335484C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composition
gas
powder
aluminum hydride
temperature
Prior art date
Application number
RU2006138376/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006138376A (en
Inventor
В чеслав Викторович Ярошенко (RU)
Вячеслав Викторович Ярошенко
Михаил Владимирович Харламов (RU)
Михаил Владимирович Харламов
Олег Сергеевич Демидов (RU)
Олег Сергеевич Демидов
Станислав Алексеевич Климов (RU)
Станислав Алексеевич Климов
Игорь Николаевич Кирюшкин (RU)
Игорь Николаевич Кирюшкин
Юрий Васильевич Елизарьев (RU)
Юрий Васильевич Елизарьев
Александр Аркадьевич Селезенев (RU)
Александр Аркадьевич Селезенев
Дмитрий Афанасьевич Крекнин (RU)
Дмитрий Афанасьевич Крекнин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"(ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"(ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"(ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority to RU2006138376/02A priority Critical patent/RU2335484C2/en
Publication of RU2006138376A publication Critical patent/RU2006138376A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2335484C2 publication Critical patent/RU2335484C2/en

Links

Landscapes

  • Air Bags (AREA)

Abstract

FIELD: shooting operations.
SUBSTANCE: offered gas-making pyrotechnic compound contains an aluminum hydride powder (25÷70 wt %) and potassium perchlorate powder (30÷75 wt %). The powder has specific gas evolution of 400÷832 cm3/g, is capable to create pressure pulse of 3.0-106÷13.5-106 kgf/cm2 · c-1, thus temperature of ignition of powder is not higher 200°C.
EFFECT: increase of gas evolution and decrease in temperature of ignition.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в источниках газа, работающих в импульсном режиме, для получения смеси газов (в основном, водорода) высокой температуры и давления.The invention relates to the field of pyrotechnics and can be used in gas sources operating in a pulsed mode to obtain a mixture of gases (mainly hydrogen) of high temperature and pressure.

Газообразующие составы широко применяются в различных технических средствах, использующих энергию газов для:Gas-forming compounds are widely used in various technical means using gas energy for:

- создания определенного давления;- creating a certain pressure;

- перемещения исполнительных механизмов;- movement of actuators;

- наддува топливных емкостей;- pressurization of fuel tanks;

- заполнения подушек безопасности и т.д.- filling airbags, etc.

В ряде случаев для обеспечения работоспособности технических средств, например пирорезаков, необходимо создание мощного импульса давления. Как правило, подобные импульсы характеризуются скоростью нарастания давления и имеют величину порядка 106 кгс/см2·с-1, что фактически характеризует процесс взрывного превращения состава.In some cases, to ensure the operability of technical means, for example, pyro-cutters, it is necessary to create a powerful pressure pulse. Typically, such pulses are characterized by a rate of increase in pressure and have a value of the order of 10 6 kgf / cm 2 · s -1 , which actually characterizes the process of explosive transformation of the composition.

Пиротехнический состав, предназначенный для создания такого импульса давления, должен иметь следующие характеристики:The pyrotechnic composition intended to create such a pressure pulse should have the following characteristics:

- высокое удельное газовыделение;- high specific gas evolution;

- способность к быстрому (взрывному) превращению, в том числе и в прессованном виде;- the ability to rapid (explosive) transformation, including in extruded form;

- работоспособность в интервале температур от минус 50°С до плюс 50°С при минимальных количествах вещества, ограниченных габаритами конструкции;- operability in the temperature range from minus 50 ° С to plus 50 ° С with minimum quantities of substances limited by the dimensions of the structure;

- высокую чувствительность к начальному тепловому импульсу (низкую температуру воспламенения), поскольку инициирование данных составов зачастую осуществляется медленногорящими замедлительными составами с низкой температурой горения;- high sensitivity to the initial heat pulse (low ignition temperature), since the initiation of these compositions is often carried out by slow-burning retardants with a low combustion temperature;

- низкую гигроскопичность и способность сохранять свои свойства в течение требуемого промежутка времени (гарантийного срока изделия).- low hygroscopicity and the ability to maintain their properties for the required period of time (product warranty period).

В литературе имеются данные о различных веществах (пороха, ПТС), способных создавать импульс давления [Вспомогательные системы ракетно-космической техники, перевод под ред. И.В.Тишунина, М., "МИР", 1970, с.117]. Тем не менее известные вещества не отвечают всем указанным выше требованиям.The literature contains data on various substances (gunpowder, PTS) that can create a pressure impulse [Auxiliary systems of rocket and space technology, translation, ed. I.V. Tishunina, M., "WORLD", 1970, p. 117]. However, known substances do not meet all of the above requirements.

Так, используемый черный (дымный) порох имеет импульс давления всего 0,021·106 кгс/см2·с-1, что ограничивает его применение. Более высокий импульс давления имеет бездымный порох (0,196·106 кгс/см2·с-1), но и этот материал не достаточно эффективен, особенно в прессованном виде и при отрицательных температурах (вследствие наличия паров воды в продуктах сгорания).So, the used black (smoky) gunpowder has a pressure impulse of only 0.021 · 10 6 kgf / cm 2 · s -1 , which limits its use. Smokeless powder (0.196 · 10 6 kgf / cm 2 · s -1 ) has a higher pressure impulse, but even this material is not effective enough, especially in pressed form and at low temperatures (due to the presence of water vapor in the combustion products).

Еще большей эффективностью по импульсу давления обладает так называемая смесь 50/25/25 фирмы "Дюпон", которая, по-видимому, является пиротехническим составом. В данном случае импульс давления составляет 1,33·106 кгс/см2·с-1. Сведения о рецептуре данной смеси отсутствуют.The so-called 50/25/25 DuPont mixture, which is apparently a pyrotechnic composition, is even more effective in terms of pressure impulse. In this case, the pressure pulse is 1.33 · 10 6 kgf / cm 2 · s -1 . There is no information on the formulation of this mixture.

Там же имеются сведения о составе на основе перхлората аммония и циркония (процентное содержание не приводится). При испытаниях прессованных образцов из этого состава был зафиксирован импульс давления 4,2·106 кгс/см2·с-1. Недостатками данного состава являются высокая гигроскопичность и токсичность перхлората аммония.There is also information on the composition based on ammonium and zirconium perchlorate (percentage is not given). When testing pressed samples from this composition, a pressure pulse of 4.2 · 10 6 kgf / cm 2 · s -1 was recorded. The disadvantages of this composition are the high hygroscopicity and toxicity of ammonium perchlorate.

Наиболее перспективным, по мнению авторов предлагаемого изобретения, является использование газообразующего пиротехнического состава на основе гидрида алюминия.The most promising, according to the authors of the present invention, is the use of a gas-forming pyrotechnic composition based on aluminum hydride.

Данный материал широко используется в качестве высокоэнергетической добавки в твердых ракетных топливах (ТРТ). Например, известен следующий состав ТРТ, мас.% [патент США №3755019, кл. C06D 5/06, Том 913, №4, 28 августа 1973]:This material is widely used as a high-energy additive in solid rocket fuels (TRT). For example, the following TPT composition is known, wt.% [US patent No. 3755019, class. C06D 5/06, Volume 913, No. 4, August 28, 1973]:

Гидрид алюминияAluminum hydride 5÷255 ÷ 25 Окислитель, выбираемый из группы, в которую входятAn oxidizing agent selected from the group consisting of перхлорат аммония, перхлорат натрия, перхлорат калия,ammonium perchlorate, sodium perchlorate, potassium perchlorate, 30÷7030 ÷ 70 аммиачная селитра, калиевая селитра, натриевая селитраammonium nitrate, potassium nitrate, sodium nitrate Пластифицированная нитроцеллюлозаPlasticized Nitrocellulose 15÷7015 ÷ 70

В данном случае имеет место сгорание гидрида алюминия до Al2О3 и Н2О, при этом скорость горения составляет несколько мм/с (десятков мм/с).In this case, there is a combustion of aluminum hydride to Al 2 O 3 and H 2 O, while the burning rate is several mm / s (tens of mm / s).

Наиболее близким по технической сущности является пиротехнический состав с использованием гидрида алюминия и оксида железа [Патент США №3948700, кл. С06В 23/00, С06В 27/00, 6 апреля 1976]. В данном случае авторы изобретения предлагают состав для получения водорода высокой температуры, при этом патентуется реакция типа:The closest in technical essence is a pyrotechnic composition using aluminum hydride and iron oxide [US Patent No. 3948700, class. C06B 23/00, C06B 27/00, April 6, 1976]. In this case, the inventors propose a composition for producing high temperature hydrogen, and a reaction of the type:

Fe2O3+2AlH3→2Fe+Al2О3+3Н2.Fe 2 O 3 + 2AlH 3 → 2Fe + Al 2 O 3 + 3H 2 .

Данный состав содержит 27,3% мас. AlH3 и 72,7% мас. Fe2О3. Температура реакции 3000°С, удельное газовыделение водорода 300 см3/г (при нормальных условиях: 0°С, 760 мм рт.ст.).This composition contains 27.3% wt. AlH 3 and 72.7% wt. Fe 2 About 3 . The reaction temperature is 3000 ° C, the specific hydrogen gas release of 300 cm 3 / g (under normal conditions: 0 ° C, 760 mm Hg).

Для использования в качестве газообразующего пиротехнического состава, способного создавать мощный импульс давления, данный состав не подходит, т.к. имеет невысокую скорость горения и не способен к быстрому (взрывному) превращению. Входящий в состав окислитель Fe2О3 имеет температуру разложения 1565°С, поэтому данный состав имеет достаточно высокую температуру воспламенения (не менее 500°С).For use as a gas-generating pyrotechnic composition capable of creating a powerful pressure pulse, this composition is not suitable, because It has a low burning rate and is not capable of rapid (explosive) transformation. The oxidizing agent Fe 2 O 3 , which is part of the composition, has a decomposition temperature of 1565 ° С; therefore, this composition has a rather high ignition temperature (at least 500 ° С).

Задачей предлагаемого технического решения является значительное повышение газовыделения состава и придание ему способности к быстрому (взрывному) превращению в прессованном виде.The objective of the proposed technical solution is to significantly increase the gas evolution of the composition and giving it the ability to quickly (explosive) transformation in the pressed form.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, следующий:The technical result achieved by using the invention is as follows:

- удельное газовыделение не менее 400 см3/г;- specific gas evolution of at least 400 cm 3 / g;

- способность создавать импульс давления не менее 3·106 кгс/см2·с-1 в прессованном виде;- the ability to create a pressure pulse of at least 3 · 10 6 kgf / cm 2 · s -1 in the pressed form;

- работоспособность в составе конструкции в интервале температур от минус 50°С до плюс 50°С при минимальных количествах вещества (мг);- performance in the structure of the structure in the temperature range from minus 50 ° C to plus 50 ° C with minimal amounts of substance (mg);

- температура воспламенения не более 200°С;- the ignition temperature is not more than 200 ° C;

- низкая гигроскопичность (менее 0,1%) и высокая химическая стойкость в течение длительного срока хранения (не менее 20 лет в составе изделия).- low hygroscopicity (less than 0.1%) and high chemical resistance over a long shelf life (at least 20 years in the product).

Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что известный газообразующий пиротехнический состав, содержащий в качестве горючего гидрид алюминия и окислитель, согласно изобретению в качестве окислителя содержит перхлорат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:The task and technical result are achieved due to the fact that the known gas-forming pyrotechnic composition containing aluminum hydride and an oxidizing agent as a fuel, according to the invention, contains potassium perchlorate as an oxidizing agent in the following ratio of components, wt.%:

Гидрид алюминияAluminum hydride 25÷7025 ÷ 70 Перхлорат калияPotassium perchlorate 30÷7530 ÷ 75

Замена используемого в прототипе окислителя Fe2О3 (температура разложения 1565°С) на перхлорат калия (температура разложения 580°С), содержащий в себе гораздо больший процент кислорода, позволила повысить в составе процентное содержание гидрида алюминия, что в совокупности привело к значительному повышению удельной калорийности состава, объему выделяемого водорода и обеспечению способности состава к взрывному превращению даже в прессованном виде.The replacement of the oxidizing agent Fe 2 O 3 used in the prototype (decomposition temperature 1565 ° С) with potassium perchlorate (decomposition temperature 580 ° С), containing a much higher percentage of oxygen, made it possible to increase the percentage of aluminum hydride in the composition, which together led to a significant increasing the specific calorific value of the composition, the amount of hydrogen released and ensuring the ability of the composition to explosive transformation, even in pressed form.

Следует отметить, что при горении состава развивается весьма высокая температура (не менее 3000°С), в результате чего конденсированные продукты горения (Н2О, KCl) переходят в парообразное состояние. Это значительно повышает общий объем газообразных продуктов реакции при горении состава и способствует повышению импульса давления.It should be noted that when the composition is burned, a very high temperature develops (at least 3000 ° С), as a result of which the condensed products of combustion (Н 2 О, KCl) turn into a vapor state. This significantly increases the total volume of gaseous reaction products during combustion of the composition and contributes to an increase in pressure impulse.

Экспериментально подобранное соотношение компонентов позволяет достигнуть вышеуказанный технический результат. Экспериментальные и расчетные данные приведены в таблице. Удельное газовыделение продуктов горения состава приведено для нормальных условий (0°С, 760 мм рт.ст.).Experimentally selected ratio of components allows to achieve the above technical result. Experimental and calculated data are given in the table. The specific gas evolution of the combustion products of the composition is given for normal conditions (0 ° C, 760 mm Hg).

No. Содержание компонентов, % мас.The content of components,% wt. Удельное газовыделение, см3/г (расчет)Specific gas evolution, cm 3 / g (calculation) Удельная калорийность, ккал/г (кДж/г) (расчет)Specific calorie content, kcal / g (kJ / g) (calculation) Импульс давления, кгс/см2·с-1 (эксперим.)Pressure pulse, kgf / cm 2 · s -1 (experimental) KClO4 KClO 4 AlH3 Alh 3 Н2 H 2 KClKcl Н2OH 2 O СуммарноеTotal 1one 7575 2525 7575 121121 204204 400400 2,28 (9,55)2.28 (9.55) 8,0·106 8.0 · 10 6 22 7070 30thirty 219219 113113 116116 449449 2,34 (9,80)2.34 (9.80) 10,2·106 10.2 · 10 6 33 6363 3737 414414 102102 -- 516516 2,45 (10,26)2.45 (10.26) 13,5·106 13.510 6 4four 5555 4545 504504 8989 -- 593593 2,09 (8,75)2.09 (8.75) 13,0·106 13.0 · 10 6 55 50fifty 50fifty 560560 8181 -- 641641 1,89 (7,91)1.89 (7.91) 12,0·106 12.0 · 10 6 66 4040 6060 672672 6464 -- 736736 1,55 (6,49)1.55 (6.49) 8,2·106 8.210 6 77 30thirty 7070 784784 4848 -- 832832 1,16 (4,85)1.16 (4.85) 3,0·106 3.0 · 10 6

Горение состава с содержанием гидрида алюминия 37% протекает согласно следующему уравнению:Combustion of a composition with an aluminum hydride content of 37% proceeds according to the following equation:

3KClO4+8AlH3=3KCl+4Al2O3+12Н2↑.3KClO 4 + 8AlH 3 = 3KCl + 4Al 2 O 3 + 12H 2 ↑.

При горении составов с содержанием гидрида алюминия менее 37% мас., продуктами горения могут быть Н2, Н2О, KCl и Al2О3.When burning compositions with aluminum hydride content of less than 37 wt.%, The combustion products can be H 2, H 2 O, KCl, and Al 2 O 3.

При горении составов с содержанием гидрида алюминия более 37% мас., продуктами горения могут быть Н2, KCl, Al и Al2О3.In combustion with formulations containing aluminum hydride over 37 wt.%, The combustion products can be H 2, KCl, Al and Al 2 O 3.

Для экспериментальной отработки заявляемый состав изготавливался смешением порошков:For experimental testing, the claimed composition was made by mixing powders:

- гидрид алюминия <10 мкм;- aluminum hydride <10 μm;

- перхлорат калия <40 мкм.- potassium perchlorate <40 microns.

Для определения характеристик горения использовались образцы со степенью уплотнения 0,8÷0,85.To determine the combustion characteristics, samples with a compaction degree of 0.8–0.85 were used.

Импульс давления определялся сжиганием образцов в герметичной сборке, при этом определялось максимальное давление и время, за которое оно достигалось.The pressure impulse was determined by burning the samples in a sealed assembly, while the maximum pressure and the time during which it was reached were determined.

Температура воспламенения состава определялась по методу ДТА.The ignition temperature of the composition was determined by the DTA method.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что удельное газовыделение заявляемого состава достигает 400÷832 см3/г, удельная калорийность составляет 1,16÷2,45 ккал/г.From the data given in the table, it follows that the specific gas evolution of the claimed composition reaches 400 ÷ 832 cm 3 / g, the specific calorific value is 1.16 ÷ 2.45 kcal / g.

Наибольшим импульсом давления обладают составы с содержанием гидрида алюминия 37÷50% мас. Составы с большим содержанием AlH3 имеют большее удельное газовыделение, но и меньшую удельную калорийность, что приводит к снижению импульса давления.Compounds with aluminum hydride content of 37 ÷ 50% wt have the greatest pressure impulse. Compositions with a high content of AlH 3 have a higher specific gas evolution, but also a lower specific calorific value, which leads to a decrease in the pressure pulse.

Температура воспламенения заявляемого состава находится в пределах 180÷190°С.The ignition temperature of the claimed composition is in the range of 180 ÷ 190 ° C.

Многократно проведенные эксперименты подтвердили работоспособность и высокую надежность работы заявляемого состава во всем диапазоне температур от минус 50°С до плюс 50°С при минимальной массе состава, составляющей несколько мг.Repeatedly conducted experiments have confirmed the performance and high reliability of the claimed composition in the entire temperature range from minus 50 ° C to plus 50 ° C with a minimum composition weight of a few mg.

Данный состав отличается низкой гигроскопичностью (менее 0,1%) и высокой химической стойкостью на протяжении гарантийного срока хранения изделия (не менее 20 лет).This composition is characterized by low hygroscopicity (less than 0.1%) and high chemical resistance during the warranty period of storage of the product (at least 20 years).

Claims (1)

Газообразующий пиротехнический состав, содержащий в качестве горючего порошок гидрида алюминия и окислитель, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит порошок перхлората калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:A gas-forming pyrotechnic composition containing aluminum hydride powder and an oxidizing agent as a fuel, characterized in that it contains potassium perchlorate powder as an oxidizing agent in the following ratio of components, wt.%: порошок гидрида алюминияaluminum hydride powder 25÷7025 ÷ 70 порошок перхлората калияpotassium perchlorate powder 30÷7530 ÷ 75
RU2006138376/02A 2006-10-30 2006-10-30 Gas-making pyrotechnic compound RU2335484C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138376/02A RU2335484C2 (en) 2006-10-30 2006-10-30 Gas-making pyrotechnic compound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138376/02A RU2335484C2 (en) 2006-10-30 2006-10-30 Gas-making pyrotechnic compound

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006138376A RU2006138376A (en) 2008-05-10
RU2335484C2 true RU2335484C2 (en) 2008-10-10

Family

ID=39799607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006138376/02A RU2335484C2 (en) 2006-10-30 2006-10-30 Gas-making pyrotechnic compound

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2335484C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500659C2 (en) * 2012-02-21 2013-12-10 Николай Евгеньевич Староверов Staroverov's powder - 2

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500659C2 (en) * 2012-02-21 2013-12-10 Николай Евгеньевич Староверов Staroverov's powder - 2

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006138376A (en) 2008-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Steinhauser et al. “Green” pyrotechnics: a chemists' challenge
US5460671A (en) Ignition compositions for inflator gas generators
US5542999A (en) Gas-generating mixture
Zhi et al. Research on the combustion properties of propellants with low content of nano metal powders
US6849247B1 (en) Gas generating process for propulsion and hydrogen production
US3010815A (en) Monofuel for underwater steam propulsion
US20070068610A1 (en) Microcrystalline Nitrocellulose Pyrotechnic Compositions
US4379007A (en) Catalysts for nitramine propellants
RU2335484C2 (en) Gas-making pyrotechnic compound
US4302259A (en) MgH2 and Sr(NO3)2 pyrotechnic composition
CN113939346B (en) Aerosol-forming composition for fire extinguishing
RU2423339C1 (en) Ammonium nitrate based solid-fuel gas-generating composition
Oxley Explosives detection: potential problems
US3775199A (en) Nitrogen generator
KR102366892B1 (en) Nitrogen-generating composition for digestion and method of making same
KR960016613B1 (en) Explosive for warhead and solid racket propellant
USH285H (en) Oxygen rich igniter compositions
Htwe et al. Combustion of double-base propellants of various compositions containing ammonium nitrate
US1005052A (en) Method of minimizing erosion in ordnance and preventing flareback.
Oxley Non‐traditional explosives: Potential detection problems
Kumar et al. Nanotechnology-driven explosives and propellants
Krishnan et al. Addition of RDX/HMX on the ignition behaviour of boron-potassium nitrate pyrotechnic charge
RU2541332C1 (en) Metallised solid fuel composition
Bhingarkar et al. Influence of cellulosic binders on sensitivity and combustion behaviour of B-KNO3 ignition system
RU2151759C1 (en) Gas-forming pyrotechnical composition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161031