Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО /ВАРИАНТЫ/

Изобретение относится к гражданским и, особенно, к военным взрывным зарядам. Изобретение применимо во всех видах гражданских взрывных работ и во всех военных боеприпасах, особенно кумулятивных.

Известны взрывные заряды, содержащие бор или некоторые соединения бора, см. пат. № US 3111439.

Скорость разлета осколков и давление на фронте ударной волны зависят от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме, занимаемом взрывчатым веществом (далее ВВ). В той смеси газов, которая образуется после взрыва большинства ВВ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 1100 м/сек. И быстро падает по мере адиабатического расширения взрывных газов. Скорость осколков, естественно, еще меньше.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. То есть, если баллон с водородом в форме снаряда при комнатной температуре просто лопнет от внутреннего давления, то он создаст намного более сильную ударную волну и придаст осколкам значительно большую начальную скорость, чем осколочно-фугасный заряд с обычным ВВ такого же веса. А если еще и немного повысить температуру водорода, то давление на фронте ударной волны и скорость осколков резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/сек, и сможет разогнать осколки до скорости 2200 м/сек. То есть получится «холодный взрыв», в результате которого из-за адиабатического расширения газ после взрыва может иметь приблизительно температуру окружающей среды.

Кроме того, большинство ВВ содержат связанный азот, который при взрыве выделяется и в свободном виде. Его можно заставить экзотермически реагировать с цель повышения тепловыделения взрыва с мелкодисперсным (желательно, наноразмеров) бором.

На этом и основана идея данного изобретения. Задача и технический результат изобретения - повышение скорости разлета осколков, давления на фронте ударной волны и радиуса осколочного и фугасного действия заряда. Не только за счет повышения энергетики реакции, но и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода и воды. Свободный азот и, особенно, «тяжелый» С02 нежелательны.

То есть суть изобретения в том, что к азотосодержащим взрывчатым веществам добавляется бор или его соединения, желательно - с водородом, а реакция организуется так, чтобы выделялся преимущественно водород.

ВАРИАНТ 1. В любое ВВ добавляется мелкодисперсный бор. При температуре 800-1200 градусов С происходит реакция образования нитрида бора:

То есть на единицу добавленного бора получается добавочное тепловыделение 23,37 кдж/г. Такая добавка улучшит тепловыделение любого ВВ. Например, известно повышение мощности взрыва октогена путем добавки бора.

Реакция образования нитрида бора лучше идет в присутствии восстановителей - угля, сажи, графита, графена, водорода. В реакции \2\ происходит выделение углерода, поэтому в добавочных количествах восстановителя она не нуждается, в других случаях рекомендуется добавлять мелкодисперсного угля, графита, сажи или графена в количестве 0,0001-1% (оптимально 0,01-0,1%). Присутствие водорода в продуктах реакции уменьшает или даже исключает потребность в углероде.

Возможна добавка не бора, а его реакционно-активных соединений, например тетраборана:

То есть такое ВВ представляет собой смесь измельченного октогена с тетрабораном в соотношении 73,26:26,74, все +-10%. Возможно применение твердых боранов.

В пересчете на удельное тепловыделение это будет 9,44 мдж/кг. Это несколько меньше, чем у смеси октогена с мелкодисперсным бором, но зато в выделившихся газах 2/3 по объему - водород, все плюсы которого описаны выше. Плюс еще один военный плюс -сильное зажигательное действие на воздухе.

ВАРИАНТ 2. Возможно применение бора в соединениях класса динамонов. Если в смеси с нитратом аммония (безводным) использовать бор, то он выступает и как горючее для выделившегося при разложении селитры кислорода, и как реагент для вышеописанной реакции с азотом. Возможна похожая реакция с тетрабораном:

То есть тепловыделение взрыва 10,0 мдж/кг - чуть меньше, чем у селитры с бором, но зато во взрывных газах содержится 62% по объему водорода. Соотношение компонентов селитры к тетраборану в ней 69,25:30,75, все +-10%.

Можно добавить еще селитры и бора, чтобы связать водород и добавочный азот, но тепловыделение этой реакции уменьшится до 9,63 мдж/кг. А в выделившихся газов не будет водорода, что, как уже понятно, является недостатком.

ВАРИАНТ 3. Еще большую энергетику взрыва и чистый водород можно получить, применив диборан вместо тетраборана, и бериллий или гидрид бериллия для реакции с кислородом. Правда, есть одно неудобство - заряд с дибораном надо хранить в достаточно прочном герметичном осколкообразующем корпусе.

То есть тепловыделение взрыва большое - 14,64 мдж/кг. (такое ВВ предлагается называть «Старсил»). Соотношение компонентов в Старсиле: нитрата аммония (безводного) - 59,40%, бериллия - 20,06%, и диборана - 20,54%, все +-15%.

Если вместо бериллия взять гидрид бериллия, то тепловыделение будет 13,57 мдж/кг, но выделится 8 молекул водорода (назовем такое ВВ «Старсил-М»):

Соотношение нитрата аммония, гидрида бериллия, диборана - 56,85:23,50:19,65, все +-15%.

Эта реакция практически адекватна следующей реакции только с твердыми компонентами, что удобнее при производстве ВВ, (назовем «Старсил-МТ»):

Соотношение: нитрата аммония, гидрида бериллия, боргидрида бериллия - 56,85:15,67:27,48, все +-15%.

В качестве твердого соединения бора можно также использовать декаборан B10H14 (его реакция похожа на реакции \3\, и потому не приводится).

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.

Старсил, Старсил-М, Старсил-МТ могут применяться, когда к заряду предъявляются повышенные требования по экономии веса - в зенитных и противосамолетных ракетах, в авиационных снарядах, в гранатах станкового 30-мм гранатомета, в диверсионных целях, и т.п.

ВАРИАНТ 4. Если взять чистый бор и чистый бериллий, то возможно еще большее тепловыделение взрыва, но с меньшим выделением водорода:

Удельное тепловыделение 15,03 мдж/кг, но выделение водорода - всего две молекулы, то есть всего 3,13% по весу. Ожидается большой температурный эффект реакции. Соотношение компонентов: селитра, бериллий, бор - 62,2:21,00:16,80%, все +-15%.

Данное боросодержащее ВВ с окислителем - динитрамидом аммония (далее - ДНА) покажет еще более высокие результаты (назовем эти ВВ соответственно - с тетрабораном - «Старвит-2», с бериллием и дибораном - «Старсил-2», с боргидридом бериллия «Старсил-2М») и с читыми бором и бериллием - «Старсил-2Т».

Покажем некоторые из этих реакций

Здесь соотношение компонентов: ДНА - 69,94 +-15%, тетраборана - 30,06+-15%. (это Старвит-2).

Здесь соотношение компонентов: ДНА - 62,84 +-15%, бериллия - 9,13+-9%, диборана - 28,03+-15% (это Старсил-2).

Здесь соотношение компонентов: ДНА - 70,1+-15%, боргидрида бериллия - 5,47+-15%, бора - 24,43+-15%. (это ВВ назовем «Старсил-2-О».

Известны ВВ с добавками боргидрида бериллия. В них выделяются газы углекислый газ и вода. Но лучше не допускать полного окисления водорода, как в следующей реакции:

Здесь соотношение компонентов: ДНА - 61,58+15%, боргидрид бериллия - 38,42+-15%. (это Старсил-2М). В выделившихся газах 80% по объему водорода.

Здесь соотношение компонентов: ДНА - 66,95+-15%, бериллия - 9,72+-9%, бора-23,33+-15%. (это Старсил-2Т).

Все ВВ, улучшенные по предлагаемому способу достаточно экологичны - нитрид бора не ядовит. Старсил содержит ядовитый бериллий, но взрывается он на территории противника, а зенитные и авиационные ракеты - на большой высоте, так что это не имеет существенного значения.