Энергонасыщенный взрывчатый материал
Владельцы патента RU 2692317:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ (RU)
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.
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 Qвзp 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 Рн=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.
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 |
