DE2901517A1

DE2901517A1 - Brandmasse

Info

Publication number: DE2901517A1
Application number: DE19792901517
Authority: DE
Inventors: Carl Felix Lucy
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1978-01-25
Filing date: 1979-01-16
Publication date: 1979-08-02
Also published as: US4131498A; DE2901517B2; DE2901517C3

Description

PATENTANWALT _1fi

DR. RICHARD Ki^JEISSL ^ια

WidäP.mayerstr. 46 *)

D-8Q00 MÜNCHEN 22
TeJ. 039/295125,

KT 408

Teledyne Industries, Ine, Albany, Oregon/V.St.A.

Brandmasse

Priorität: 25.1.1978-

ΡΠ9811 / Π f* 1 7

BESCHREIBUNG;

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brandmasse, die sich zur Herstellung von Brandkomponenten für Munition und sonstige Brandvorrichtungen verwenden läßt.

3randmassen werden für die verschiedensten Zwecke eingesetzt, beispielsweise für Treibstoffe, zum Schweißen und für Munition. Der Großteil der Munition, wie aus Gewehren verschossene hochexplosive Brandprojektile, Lenkbomben, freifallende Bomben, Kleinbomben, Granaten, kinetische Projektile und scharf geladene Gefechtsköpfe, enthält eine Brandmasse, um die innerhalb der Einflußfläche der jeweiligen Munition liegenden verbrennbaren Materialien zu entzünden. Viele in solchen Waffen befindliche Brandmassen enthalten Metallpulver mit niedriger Dichte, wie Aluminium oder Magnesium, in Kombination mit einer Reihe oxydierender Materialien, die gewöhnlich als pyrotechnische Sätze bezeichnet werden. Eine weitere bei einer Reihe von Munitionen gewöhnlich verwendete Brandmasse ist weißer Phosphor, der jedoch eine schlechte Wirkungscharakteristik aufweist, gefährlich ist, schwierig eingefüllt werden kann und in seiner Anwendung auf spezielle Munitionen beschränkt ist.

In Brandmassen werden auch bereits andere Massen verwendet, die Zirkon und Titan ¹^ metallischer Form zusammen mit organischen Bindemitteln enthalten. So geht beispielsweise aus der US-PS 3 565 706 eine Brandmasse hervor, die einen Fluorkohlenstoff, wie Polytetrafluoräthylen (Teflon), und ein Metallpulver, wie Zirkon, Uran, Tantal oder Vanadin, enthält. Diese Brandmasse wird vorwiegend für Treibmittel verwendet, obwohl darin angegeben ist, daß sie auch für Artilleriematerial eingesetzt werden kann. Der Fluorkohlenstoff ist dabei in großer Menge vorhanden und wirkt vorwiegend als Bindemittel. Die darin enthaltenen Metalle werden in Form feiner Pulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 300 μ eingesetzt. Verwendet man diese Masse jedoch als Brandmasse

in Brandbomben, dann ergeben sich hierdurch gewisse Nachteile. Wegen der feinen Größe der Metallteilchen breiten sich diese Teilchen beim Aufschlag nur über eine begrenzte Fläche aus, da sie in ihrem Gewicht zu leicht sind.

Brandmassen aus einem Fluorkohlenstoff als Bindemittel und aus metallischem Zirkon werden auch in den US-PSen 3 7*34 788/ 3 876 477 und 3 753 811 beschrieben. Alle daraus hervorgehenden Massen enthalten jedoch große Mengen an Fluorkohlenstoff und metallisches Zirkon zusammen mit anderen Verbindungen. Die ersten beiden Patentschriften beziehen sich auf Treibmittel und sind auf langsam brennende Treibstoffe abgestellt, während sich die letztgenannte Patentschrift mit einer Zündvorrichtung für Treibmittel, Treibstoffe und Explosivstoffe befaßt. Alle daraus bekannten Massen haben jedoch den Nach-' teil, daß bei ihnen Metallteilchen verwendet werden, welche aufgrund ihrer sehr feinen Teilchengröße pyrotechnische Eigenschaften ergeben.

In der US-PS 3 927 993 (DE-OS 26 28 081,9) wird eine Brandmasse für einen Feuerstarter beschrieben, der sich auch bei Waffen verwenden lassen soll. Es werden demnach Zirkon-, Titan- und Hafniummetallschwämme verwendet, die mit einem Bindemittel verdichtet sind. Es können die verschiedensten Bindemittel unter Einschluß einiger harzartiger Massen und Metalischwämme mit einem breiten Korngrößenbereich eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß sich durch Verwendung bestimmter Metallschwämme überraschenderweise größere und schwerere Metallteilchen bei einer entsprechenden Zündmasse einsetzen lassen, die diese Teilchen in einem organischen Bindemittel enthalten. Der Einsatz von Zirkon- oder Hafniuirmetallschwämmen ermöglicht es, daß das Gewicht dieser Teilchen in der jeweiligen Masse schwererist, so daß derartige Massen beim Aufschlag auf eine größere'Entfernung ver-

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teilt v/erden. Für diese Eigenschaft dieser Teilchen ist die erhöhte Oberfläche der Schwammteilchen gegenüber den gewöhnlichen Metallteilchen verantwortlich. Aufgrund dieser erhöhten Oberfläche hat der jeweilige Metallschwamm eine kürzere Entzündungszeit und brennt nach seinem Anzünden langer weiter. Die Verwendung von Teilchen dieser Größe aus gewöhnlichem Metall würde Massen ergeben, welche aufgrund ihrer zu hohen oder zu langsamen Anzündzeit beim Aufschlag überhaupt nicht brennen würden.

Es zeigte sich weiter, daß die Verwendung vor. Polytetrafluoräthylen (Teflon^ als Bindemittel für den Metallschwamm eine Verdichtung der Masse zu sehr präzisen metallischen Formkörpern ermöglicht, die sehr toleranzgenau sind,, über eine ausreichende physikalische Festigkeit und eine gute Oberfläche verfügen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Polytetrafluoräthylen besteht darin, daß dieses mit dem Metallschwamm unter Bildung dee Tetrafluorids des jeweiligen Metalls reagiert, wodurch die Verbrennung des Metalls unterstützt wird.

Entsprechende Untersuchungen von Brandmunition oder Splitterbranditunition unter Verwendung von Zirkon- und Hafniummetallschwammteilchen haben eine äußerst starke Zunahme in der Wirksamkeit im Vergleich zu einer Reihe pyrotechnischer Gemische ergeben, die Metalle niedriger Dichte enthalten. Die Möglichkeit zur Verdichtung oder zum Verpressen von Zirkon- und Hafniumschwanm mit einem geeigneten Bindemittel zu einfachen oder komplexen geometrischen Formen bietet zudem mehr Flexibilität bei der Entwicklung wirksamerer Munitionsformen.

Erfindungsgemäß lassen sich somit nun unter Verwexdung von Zirkon- und Hafniummetallschwammteilchen und eines Bindemittels Brandkomponenten einfacher oder komplexer Form herstellen. Bei Zirkon- und Hafniummetallschwammteilchen handelt es sich, wie ihr Name bereits sagt, um poröse Formen dieser Me-

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talle. Die Schwammteilchen verfügen über ein ausreichendes Maß an Duktilität, so daß sie nach Einbringen in ein Formwerkzeug und Anwenden von Druck durch eine plastische Verformung der Teilchen die Gestalt eines entsprechenden einfachen Werkzeugs annehmen. Form und Festigkeit eines derartigen verdichteten Teils sind abhängig vom jeweils angewandten Druck, der Duktilität des jeweiligen Metallschwamms und der Teilchengröße des jeweils verwendeten Schwammmaterials.

Die Schwammteilchen haben im allgemeinen Teilchengrößen von etwa 0,05 bis 8 mm lichte Maschenweite (2,5 bis 300 mesh, U.S. Standard). Einer der Vorteile der Verwendung von Schwammformen dieser Metalle bei Brandmassen besteht darin, daß jedes Teilchen aufgrund der Porosität über ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Masse verfügt. Jedes dieser Metalle ist pyrophor, so daß nach entsprechendem Anzünden durch das hohe Verhältnis von Oberfläche zu Masse die AbbrennVerläßlichkeit eines jeden Teilchens verbessert wird.

Erfolgt die Verdichtung unter Anwendung eines zu hohen Drucks, dann wird hierdurch das Verhältnis von Volumen zu Masse proportional erniedrigt, wodurch sich das Verhältnis von Oberfläche zu Masse ebenfalls proportional erniedrigt, so daß infolgedessen die Abbrenncharakteristiken des jeweils hergestellten Teils beeinträchtigt werden. In einigen Fällen kann dies unerwünscht sein. Zur Überwindung dieses Problems vermischt oder verschneidet man ein Eindemittel mit den losen Schwammteilchen, bevor man die Preß- oder Verdichtungsoperation durchführt. Verschneidet man das Bindemittel mit den Schwammteilchen, dann läßt sich das hiernach erhaltene Gemisch bei wesentlich niedrigeren Drücken zu der jeweils gewünschten Form verdichten, so daß die poröse Struktur der Schwammteilchen erhalten bleibt.

Als Bindemittel bietet sich für dieses Verfahren insbesondere pulverförmiges Polytetrafluoräthylen an, das Vorzugs-

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If

weise eine Teilchengröße von 100 bis 500 u hat, welches erfindungsgemäß mit Erfolg eingesetzt wird.

Bei einer Reihe von Anwendungen ist die verdichtete Brandkomponente in die Explosionsladung eingebettet oder eingegossen. Es ist daher wichtig, daß das Bindemittel mit dem Explosivmaterial chemisch verträglich und für ein Eingießen oder ein Einpressen in die Explosivladung geeignet ist. Verwendet man verdichtete Brandkomponenten in Verbindung mit einem Explosiveingießverfahren, dann muß das jeweilige Bindemittel die Temperatur des geschmolzenen Explosivmaterials (etwa 82°C) aushalten. Polytetrafluoräthylen (Teflon) ist für diesen Zweck geeignet.

Die verwendeten Metallschwämme sind Zwischenprodukte bei der Herstellung des jeweiligen reinen Metalls aus dem entsprechenden Erz. So wird beispielsweise metallisches Zirkonium aus Zirkon (Zirkoniumsilicat, ZrSiO ) oder Baddeleyit (Zirkoniumoxid, ZrO„) hergestellt. Da.s Zirkon wird gewöhnlich aus bestimmten Arten von Strandsand gewonnen. Die Reinigung des dabei erhaltenen Zirkoniums erfolgt nach dem sog. Kroll-Verfahren. Bei diesem Verfahren überführt man Zirkon durch Flüssigextraktion in Zirkoniumoxid. Das erhaltene Zirkoniumoxid wird dann in Zirkoniumchlorid (ZrCl.) umgewandelt, welches dann durch Reduktion mit geschmolzenem Magnesium in Zirkoniumschwamm überführt wird. Den auf diese Weise erhaltenen Schwamm schmilzt man dann zur Gewinnung des Zirkoniummetalls in einem verbrauchbaren Vakuumlichtbogenofen.

Erfindungsgemäß läßt sich sowohl Zirkonium als auch Hafnium verwenden, wobei als Metall jedoch Zirkonium gegenüber Hafnium bevorzugt wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert, die in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt ' sind. ' ■ ■

SÜ9S31/-QB1T

TABELLE I

Nr. Zirkonium Teflon Verdich-

Korn- % Korn- % tungs-

größe, größe, druck,

mm (mesh size) μ bar

Pelletgröße,
mm

Stati- Explo- Versuchsergebnisse
scher siver
Anzünd- Anzündversuch versuch

3,33-6,68 70 400
(-1/4+6)

30 689

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

ja 50 % Verläßlichkeit beim statj sehen Anzündversuch

O % Verläßlichkeit beim
explosiven Anzündversuch

3,33-6,68 85 ' 400
(1/4+6)

15 827

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

ja 80 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

30 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

3,33-6,68 90 400
(1/4+6)

10 827

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

ja 8O''Verläßlichkeit beim

statischen Anzündversuch 50 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

1»⁶5-3j33 70 400 30 827 (-6+10)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

nein 90 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

_b _1>65_3,33 85 400 15 827 (-6+10)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

nein 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

Fortsetzung von Tabelle I

Nr. Zirkonium
Korngröße ,
mm (mesh size)

Teflon
Korngröße ,

Verdien-% tungi.·.-druck ,
bar¹

Pelletgröße, mm

Stati- Explo- Versuchsergebnisse
scher siver
Anzünd- Anzündversuch versuch

1,65-3,33 90 400
(-6+10)

10 827

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja ja

100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 85 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

0,83-1,66 70 400 30 827
(-6+10)

2, 7 mm AD χ 6,35 mm ja nein 100%Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch

0,83-1.66 85 400 15 827
(-1Ο+2Ο)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja nein 100%Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch

0,83-1,66 90 400
(-10+20)

10 827 12,7 mm AD χ 6,35 ram ja ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

3,33-6,68 70 200
(-1/4+6)

30 827

12,7 mm AD χ 6,35 min ja ja 65 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 15 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch K3

3,33-6,68 85 200 15 827
(-1/4+6)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja nein 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

Fortsetzung von Tabelle I

Nr. Zirkonium Teflon Verdich- Pelletgröße,

Korn- % Korn- % tungs- mm

größe, größe, druck,

mm (mash size) _u bar

Stati- Explo- Versuchsergebnisse scher siver
Anzünd- Anzündversuch versuch

3,33-6,68 90
(-1/4+6)

200 10 827. 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

«> 13 1,65-3.33 70
^ (-6+10)

200 30 827 12,7 ram AD χ 6,35 mm ja

ja 80 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

22. .14 1,65-3,33 85 200 15 827
-4 (-6+10)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

1,65-3,33 90 200 10 827
(-6+10)

12,'7 mm AD χ 6,35 mm ja nein 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

ja

100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

0,83-1,66 70
(-10+20)

200 30 827 . 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch '100·% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

1Ό CD CD

0,83-1,66 85
(-10+20)

200 15 827 '12,7 mm AD χ 6,35 mm' ja nein 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch

Fortsetzung von Tabelle I

Nr. Zirkonium Teflon
Korn- % Korngröße, größe,
mm (inssh size) ρ

Verdich- Pelletgröße, tungs- mm druck, ·
bar

Stati- Explo- Versuchsergebnisse sehe · siver
Anzünd- Anzündversuch versuch

0,83-1,66 90
(-1Ο+2Ο)

200 10 827 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

3,33-6,68 70 100 30 689 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja (1/4+6)

ja 75 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 50 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

ZO 3,33-6,68 85 100 15 689
(1/4+6)

12,7 mm AD χ 6,35 mm ja

3,33-6,68 90 100 10 689
(1/4+6)

ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

22	1,65-3, (-6+10)	33	'90	100	10	620	12,	7	mm	AD	χ	6	,35	mm	nein	ja	100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
23	1,65-3, (-6+10)	33	95	100	5	620	12,	7	mm	AD	χ	6	,35	mm	nein	ja	10-0 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
24	0,83-1 , (-10+20)	66	90	100	10	620	12,	7	mm	AD	χ	6	,35	mm	nein	. J^a	100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

Fortsetzung von Tabelle I

Nr. Zirkonium Teflon Korn- % Korngröße, größe, mm (mesh size) μ

Verdien- Pelletgröße, tungs- mm druck, bar

Stati- Explo- Vti'suchsergefcnisse

scher siver

Anzünd- Anzür.d-

versuch versuch

0,83-1,66 95 (-10+20)

5 620 12,7 mm AD χ 6,35 mm nein

1,65-3,33 98 100 2 620 !2,7 mm AD X 6,35 mm ja (-6+10) ja 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

1,65-3,33 (-6+10)

100 2 827 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja ja 100 % Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

1,65-3,33 (-6+10)

100 2· 1034 12,7 mm AD χ 6,35 mm ja ja 100 % Verläßlichkeit beim statischer. Anzündversuch 100 % Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch

AD = Außendürchmesser

Zur Durchführung des aus obiger Tabelle I hervorgehenden statischen Anzündversuchs gibt man das jeweilige Pellet auf einen wärmeisolxerten Träger und setzt es dann über eine bestimmte Zeitdauer einer Propanflamme mit einer bestimmten Temperatur aus. Es wird dabei eine solche Temperatur und Zeitdauer angewandt, daß hierdurch ein reines Zirkoniumschwaminpellet angezündet und zu 100 % verbrannt wird. Die Pellets werden durch Messen gegenüber diesem Standard verglichen, wobei die Prozentuale Menge der brennenden Pellets der Wert ist, der aus Tabelle I in Form der prozentualen Verläßlichkeit hervorgeht. Bei Beispiel 1 ist beispielsweise eine prozentuale Verläßlichkeit von 50 % angegeben, womit ausgedrückt wird, daß unter den angegebenen Temperatur- und Zeitbedingungen die Hälfte der Pellets brennt.

Ähnlich wie beim statischen Anzündversuch wird beim explosiven Anzündversuch auch wiederum die prozentuale Menge an brennenden Pellets ermittelt, wobei die dabei erhaltenen Versuchsdaten wiederum in Form der prozentualen Verläßlichkeit angeführt sind.

Die obigen Ausführungen beziehen sich allein auf entsprechende Untersuchungen unter Verwendung verdichteter Formkörper aus Zirkonium. Hafnium verfügt jedoch über ähnliche Eigenschaften wie Zirkonium, so daß unter dessen Verwendung ähnliche Ergebnisse erwartet werden können.

909*3

Ά-

ZUSAiMMENFASSUNG:

Es wird eine Brandmasse aus Zirkon- oder Hafniummetallschwammteilchen und Polytetrafluoräthylen als organischem Bindemittel beschrieben. Die metallischen Schwammteilchen haben im allgemeinen eine Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite von O,C5 bis 8 mm entspricht. Das Bindemittel ist im allgemeinen in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-% vorhanden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Brandmasse, dadurch Gekennzeichnet, daß sie aus Polytetrafluoräthylen und einem Metallschwamm von Zirkon oder Hafnium besteht.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß*sie aas Polytetrafluoräthylen in einer Menge von 2 bis 15 Geu/,-% enthält.

3. Hasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Metal!schwamm in einer Korngröße enthält, die einer lichten Maschenweite von etwa 0,05 bis 8 mm entspricht. (2,5 - 3OO mesh US-Standard)

4. Mas^e nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da:3 das Polytetraf luoräthylen eine Teilchengröße von 100 bis 500 μ hat.

5. Masse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Masse zu einer zusammenhängenden Masse verdichtet ist, bei der die Metallschwammteilchen in der zusammenhängenden Masse durch die Polytetrafluoräthylenteilchen gebunden sind.

Π Π S Ί 1 / Π R 1 7

BAD ORIGINAL