DE102005011535A1 - Mehrmodaler Sprengstoff - Google Patents

Abstract

Es wird ein mehrmodaler Sprengstoff, insbesondere für Blastladungen, beschrieben, der zur Leistungssteigerung einen Pulverzusatz aufweist, der von einem wasserstoffterminierten Silizium-Einkristallpulver mindestens eines Korngrößenbereiches gebildet ist, das den Vorteil aufweist, dass auch über Jahre hinweg keine Oxidationserscheinung - selbst bei Lagerung an Umgebungsluft - stattfindet. Infolge der nichtoxidierten Kristalloberflächen erfolgt in vorteilhafter Weise eine sofortige Mitreaktion mit dem Sprengstoff in der Detonationsfront, die mit zunehmenden Kristallgrößen auch in den Nachreaktionszeitraum reicht, so dass je nach Zusatz eine unterschiedliche Schiebewirkung erzielt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Sprengstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Bei Sprengstoffen insbesondere für Blastladungen werden bislang zur Leistungssteigerung, d.h. zur Steigerung der Druckwirkung, Aluminiumpulver als Pulverzusatz eingesetzt. Als Sprengstoff kommt z.B. RDX (= Hexogen) oder HMX (= Oktogen) zur Anwendung. Die theoretisch erzielbare Erhöhung des Detonationsdruckes infolge Wärmefreisetzung bei der Reaktion mit den großen Anteilen freigesetzter Kohlenstoffatome von beispielsweise RDX oder HMX ist bei Verwendung von Aluminiumpulver als Pulverzusatz nur in sehr seltenen Fällen beobachtbar. Bei Verwendung von nichtoxidiertem Aluminiumpulver kann beispielsweise eine Erhöhung der Splittergeschwindigkeit um ca. 12 % beobachtet werden. Diese Erhöhung der Splittergeschwindigkeit geht jedoch innerhalb weniger Wochen verloren, da Reinaluminiumpulver an der Pulveroberfläche schnell eine Vielzahl Aluminiumoxidlagen aufbaut. Dabei können sich an der Aluminiumpulveroberfläche mehrere Tausend Lagen Aluminiumoxid bilden. Diese Oxidschicht besitzt eine hohe Schmelztemperatur und eine hohe Verschleißbeständigkeit, so dass eine Nachreaktion erst im Millisekundenbereicht stattfinden kann, und erst dann ein verbessertes Blastverhalten über und unter Wasser eintritt. Bisherige Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass insgesamt nur ein verhältnismäßig geringer Anteil des Aluminiumpulvers zur Reaktion kommt. Dieser geringe zur Reaktion kommende Aluminiumpulveranteil liegt größenordnungsmäßig bei maximal 20 %.
• Aus der DE 102 04 895 A1 sind nanostrukturierte poröse Reaktivstoffe bekannt, die aus Reaktivkörpern bestehen, deren Hohlräume im Größenbereich von 1 bis 1000 nm liegen, die mit Oxidationsmitteln versehen sind. Die Reaktivstoffe bestehen aus voneinander unabhängigen, schutzschichtummantelten reaktiven Partikeln. Dort wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung solcher Reaktivstoffe beschrieben, wobei nm-große Brennstoffpartikel, die 1 bis 1000 nm-große Zwischenräumen aufweisen, zunächst durch Tempern bei 20 bis 1000° Celsius in Luft oder durch chemische oder elektrochemische Verfahren oder durch Aufdampfverfahren mit einer Schutzschicht und anschließend die Zwischenräume mit einem Oxydationsmittel versehen werden. Die mit der Schutzschicht und dem Oxidationsmittel versehenen Brennstoffpartikel können zu einem Reaktivkörper verpresst werden. Die Brennstoffpartikel können aus Silizium, Bor, Titan oder Zirkon bestehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sprengstoff, insbesondere für Blastladungen, der eingangs genannten Art zu schaffen, der über und unter Wasser ein verbessertes Blastverhalten besitzt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sprengstoffes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Im Zuge der Beschäftigung mit quasi reinem Silizium konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften wasserstoffpassivierte Silizium-Einkristallpulver auch über Jahre hinweg keine Oxidationserscheinungen zeigt. Das gilt selbst bei der Lagerung von Silizium-Nanopulvern an Umgebungsluft. Silizium-Einkristallpulver besitzen nahezu die gleiche Verbrennungswärme und Reaktionsbereitschaft wie Reinaluminiumpulver, d.h. nichtoxidiertes Aluminiumpulver.
• Bei Versuchen mit Oxidatoren zeigten Silizium-Nanokristalle ein sehr heftiges Reaktionsverhalten.
• Es hat sich gezeigt, dass wasserstoffpassiviertes Siliziumpulver ein wesentlich interessanterer Zusatzstoff ist als das bislang zur Anwendung gelangende Aluminiumpulver in Sekundärsprengstoffmischungen, da infolge der nichtoxidierten Kristalloberflächen des Siliziumpulvers eine sofortige Mitreaktion in der Detonationsfront erfolgt, die mit zunehmenden Kristallgrößen auch in den Nachreaktionszeitraum reicht. Es wird also mit zunehmenden Kristallgrößen eine sogenannte Schiebewirkung, d.h. eine zeitliche Verlängerung des Detonationsdruckimpulses erreicht. So wird beispielsweise mit langzeitstabilem d.h. nichtoxidiertem Siliziumpulver mit einer Korngröße von etwa 1 μm während der Sprengstoffumsetzung ein sofortiger deutlicher Beitrag zur Detonationsfront erzielt und bei der Verwendung eines Grobkorns von z.B. 350 μm eine zusätzliche Nachreaktion und somit eine Schiebewirkung erzielt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Sprengstoff, insbesondere für Blastladungen, der zur Leistungssteigerung einen wasserstoffpassivierten Siliziumpulverzusatz zu Sekundärsprengstoffen aufweist, der von Silizium-Einkristallpulver gebildet ist, kann beispielsweise bei beginnend mit einer Kornstufe von 350 μm (Mittelwert) der erste Korngrößenbereich des Silizium-Einkristallpulvers von Silizium-Einkristallpulver gebildet sein, das eine Korngrößer von etwa 1 μm – 8 μm besitzt, und es kann der zweite Korngrößenbereich des Silizium-Einkristallpulvers bei etwa 40 μm und im dritten Bereich von 200 bis 500 μm, vorzugsweise von ca. 350 μm, liegen und zwar nach Anwendung nur ein Korngrößenbereich oder auch ein Gemisch der vorgenannten Fraktionen. Der Anteil an Silizium-Einkristallpulver kann 15 – 55 Gew.% betragen.
• Die Anwendungsfälle mit bevorzugtem Einsatz derartiger Siliziumeinkristalle sind:
• – Sehr schnelle Mitreaktion von 1 – 8 μm für erhöhte Metallbeschleunigungsfähigkeit.
• – Verlängerte Druckbeaufschlagung bei ca. 40 μm bei Unterwasser- und schiebender Anwendung.
• – Stark verlängerte Druckbeaufschlagung bei ca. 350 μm in nahezu oder ganz geschlossenen Bauten.

Claims (5)

1. Mehrmodaler Sprengstoff, insbesondere für Blastladungen, der zur Leistungssteigerung von Sekundärsprengstoffen einen Pulverzusatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverzusatz von einem wasserstoffterminierten Silizium-Einkristallpulver mindestens eines oder mehreren Korngrößenbereiches des mehrmodalen Sprengstoffes gebildet ist.
2. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Korngrößenbereich des Silizium-Einkristallpulvers von Siliziumpulver 1 μm bis 8 μm gebildet ist.
3. Sprengstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Silizium-Einkristallpulver eine Korngröße von 20 μm bis 50 μm, vorzugsweise 40 μm besitzt.
4. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Korngrößenbereich des Silizium-Einkristallpulvers eine Korngröße im Bereich von 200 bis 500 μm, vorzugsweise von ca. 350 μm, besitzt.
5. Sprengstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Silizium-Einkristallpulvers 15 – 55 Gew.% beträgt.