Пиротехнический состав

 

Использование в качестве пиротехнического нагревателя. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: Тi 26-31, В 12-14, Y 55-62. Состав готовится перемешиванием исходных компонентов в шаровой мельнице. Технический результат: удельное газовыделение: 0,3-4 см3/г смеси, тепловыделение 460-580 кал/г смеси, скорость горения 50-95 мм/с. 1 табл.

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в качестве пиротехнического нагревателя (ПТН) в различных изделиях, где от используемого пиротехнического состава (ПТС) требуется выдача строго определенного количества тепла в заданный интервал времени при малом газовыделении.

Известен ПТС[1] , содержащий смесь железа (88 мас.%) и перхлората калия (12 мас. %). Данный состав имеет низкое значение газовыделения ~1,3 см3/г. Однако его недостатком является небольшое тепловыделение ~220 кал/г, что ограничивает его применение.

Известны ПТС[2] на основе циркония (15 - 50 мас.%) и хромата бария (50 - 85 мас. %). Эти ПТС обладают высокими значениями тепловыделения, но для них характерно большое количество газообразных продуктов сгорания (до нескольких десятков см3/г). Высокое давление газа приводит к необходимости делать корпус конструкции прочным, что сказывается на увеличении ее массы и габаритов. Такие ПТС после сгорания изменяют форму, и геометрические размеры из-за плавления части компонентов состава в процессе горения, что приводит к ослаблению теплового контакта между ПТН и нагреваемой частью конструкции. Кроме того, температура горения таких составов велика 2500 - 3000oC, поэтому возникает проблема защиты конструктивных частей от теплового удара.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является ПТС[3], содержащий порошки титана и бора, взятых в стехиометрическом соотношении или со смещенной стехиометрией в сторону избытка титана. Реакционная смесь содержит также порошок иттрия, взятый в количестве от 5 до 35 мас.% сверх состава, что соответствует массовой доле иттрия в смеси ~4,8 - 25,9 мас.%. Данный ПТС предназначен для инициирования взрывной реакции путем экзотермического взаимодействия компонентов состава с последующим контактированием реакционной массы с водой. Известный ПТС на основе стехиометрического состава Ti+2B с добавкой указанного количества иттрия характеризуется, наряду с высоким значением тепловыделения, высоким значением газовыделения. Так состав, соответствующий по рецептуре составу-прототипу (таблица 1, N 5), по нашим данным при тепловыделении 560 кал/г имеет удельное газовыделение 7,2 - 1,5 см3/г (таблица 1, N 5), поэтому при его использовании в качестве нагревательного элемента, например в тепловой батарее (ТБ), возникают проблемы, связанные с увеличением давления в герметичном корпусе, увеличением теплопроводности теплоизоляции и возможным взаимодействием образующихся газов с активным или полезным веществом изделия. Кроме того, использование такого высококалорийного состава предполагает наличие в нагревательном устройстве дополнительных элементов, предотвращающих изделие от чрезмерного перегрева, что, несомненно, усложняет его конструкцию. В свою очередь смещение рецептуры в сторону избытка титана, наряду с уменьшением калорийности состава, приводит к понижению скорости горения и соответственно к увеличению инерционного периода приведения нагревательного устройства в активное состояние.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является уменьшение значения газовыделения ПТС при сохранении высоких значений тепловыделения.

Для решения поставленной задачи в известном ПТС, содержащем порошки титана, бора и иттрия, согласно изобретению компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Ti - 26 - 31 B - 12 - 14 Y - 55 - 62 Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, следующий: удельное газовыделение 4 - 0,3 см3/г (первое значение соответствует максимальному газовыделению, второе характеризуется газосодержанием после прошедшего поглощения); тепловыделение 460 - 580 кал/г; скорость горения 50 - 95 мм/с.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый ПТС отличается от известного новым соотношением компонентов. Экспериментально установлено, что использование указанного соотношения компонентов позволяет не только сохранить высокое значение тепловыделения (температура горения не превышает 2000oC), но и получить низкое значение газовыделения. Данный эффект обеспечивается в результате взаимодействия иттрия с газами, которое может идти как по пути образования химических соединений, так и путем сорбции или растворения. Кроме того, действие проактивированного в ходе химической реакции газопоглотителя распространяется практически на все газы, кроме инертных, которые могут образовываться как вследствие горения ПТС, так и разогрева конструктивных частей изделия.

Заявляемый ПТС готовится механическим перемешиванием исходных компонентов в шаровой мельнице. Для приготовления реакционных смесей использовались порошок титана марки ТПАТ, порошок иттрия с фракцией частиц менее 40 мкм и порошок бора с фракцией частиц менее 1 мкм.

Тепловыделение состава определялось на калориметре В-08М. Газовыделение определялось при помощи датчика давления МДД-ТЕ с непрерывной регистрацией на светолучевом осциллографе Н017. Относительная плотность запрессовки состава составляла 0,7. Скорость горения определялась по времени срабатывания фотодиодов, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга.

Результаты опытов сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что получен ряд составов на основе системы Ti-B-Y с различным соотношением компонентов, характеризующихся низким значением газовыделения: 4 - 0,3 см3/г (N 1 - 3, таблица 1). Состав по п. N 5 относится к прототипу и имеет высокое значение максимального газовыделения (7,2 см3/г). Состав по п. N 4 не соответствует эффективному газопоглащению и имеет высокое минимальное значение газовыделения равное 3 см3/г. Тепловыделение составов по п. N 1 - 3, составляет 460 - 580 кал/г, что достаточно для достижения рабочих температур изделия, с другой стороны позволяет отказаться от конструктивных дополнительных элементов, предотвращающих изделие от теплового удара.

Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблице, оптимальный технический результат наблюдается у составов по п. 1, 2 и 3, т.е., мас.%: Ti - 26 - 31 B - 12 - 14 Y - 55 - 62 Заявляемый пиротехнический состав позволяет обеспечить температуру горения не более 2000oC и таким образом отказаться от дополнительных конструкций, предотвращающих элементы изделия от чрезмерного перегрева и теплового удара; сохранить при этом высокие значения скорости горения 50 - 95 мм/с и тепловыделения 460 - 580 кал/г, необходимые соответственно для быстрого приведения в действие изделия и достижения рабочих температур; понизить значение удельного газовыделения (4 - 0,3 см3 /г) за счет приведения в ходе химической реакции добавки металла в активное состояние и эффективного газопоглощения ей образующихся газов.

Кроме того, создание малогазового состава с большим значением тепловыделения создает благоприятные условия для уменьшения габаритов ПТН и соответственно их массы.

Формула изобретения

Пиротехнический состав, содержащий порошки титана, бора и иттрия, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Ti - 26-31
B - 12-14
Y - 55-62

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока одноразового действия, работающим в режиме ожидания и предназначенным для автоматического питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накапливания, пироэнергодатчики, микродвигатели, реле и т.д.), используемых в системах автоматики и объектов различного назначения (в том числе для включения систем пожаротушения, сигнализации, оповещения, блокировки и т.п.)

Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии в электрическую, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока

Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии в электрическую, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока

Изобретение относится к области пиротехнических составов и может быть использовано в средствах аттестации противопожарной техники и обмундирования, а также в оборонной технике для снаряжения различных видов боеприпасов дымозажигательного действия
Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в источниках газа, работающих в импульсном режиме
Изобретение относится к пиротехническим составам
Изобретение относится к огнестрельному оружию, а именно к композиционному материалу, который может быть использован при производстве метательных снарядов и пуль

Изобретение относится к военной и оборонной промышленности и может быть использовано в качестве снаряда, бомбы, мины, гранаты с двойным эффектом поражения
Изобретение относится к борфторсодержащим композициям, которые могут быть использованы в качестве высококалорийных компонентов энергетических конденсированных систем (ЭКС), например порохов, пиротехнических и взрывчатых составов, смесевых твердых ракетных топлив
Изобретение относится к области стрелкового вооружения, а именно к пороховому заряду для легкогазового орудия или огнестрельного оружия
Изобретение относится к области стрелкового вооружения, а именно к пороховому заряду для легкогазового орудия или огнестрельного оружия
Изобретение относится к области стрелкового вооружения, а именно к пороховому заряду для легкогазового орудия или огнестрельного оружия

Изобретение относится к первичным резервным источникам тока одноразового действия и предназначено для автономного питания устройств энергозависимых объектов

Изобретение относится к области боеприпасов, а именно к электрическим взрывателям боеприпасов, и может быть использовано в производстве электрических взрывателей боеприпасов
Наверх