DE2901517B2 - Brandmasse - Google Patents

Brandmasse

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DE2901517B2
DE2901517B2 DE2901517A DE2901517A DE2901517B2 DE 2901517 B2 DE2901517 B2 DE 2901517B2 DE 2901517 A DE2901517 A DE 2901517A DE 2901517 A DE2901517 A DE 2901517A DE 2901517 B2 DE2901517 B2 DE 2901517B2
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yes
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Carl Felix Albany Oreg. Lucy (V.St.A.) (Verstorben)
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Teledyne Industries Inc
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
    • C06B33/02—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide with an organic non-explosive or an organic non-thermic component
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S149/00—Explosive and thermic compositions or charges
    • Y10S149/11—Particle size of a component
    • Y10S149/114—Inorganic fuel

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brandmasse, die sich z. B. zur Herstellung von Brandkomponenten für Munition verwenden läßt
Brandmassen 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, enthalten eine Brandmasse, um die innerhalb 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. Sie werden gewöhnlich als pyrotechnische Sätze bezeichnet. 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.
Ir. Brandmassen werden auch bereits andere Massen verwendet, die Zirkonium und Titan in metallischer Form zusammen mit organischen Bindemitteln enthalten. So geht beispielsweise aus der US-PS 35 65 706 eine Brandmasse hervor, die einen Fluorkohlenstoff, wie Polytetrafluorethylen, und ein Metallpulver, wie Zirkonium. Uran, Tantal oder Vanadin, enthält. Diese Brandmasse wird vorwiegend für Treibmittel verwendet, obwohl angegeben ist, daß sie auch für Artilleriemunition 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 μιη eingesetzt. Verwendet man diese
v>
hr> 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 Zirkonium werden auch in den US-PS 37 34 783.38 76 477 und 37 53 811 beschrieben. Alle daraus hervorgehenden Massen enthalten jedoch große Mengen an Fluorkohlenstoff und metallisches Zirkonium 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 Nachteil, daß bei ihnen Metallteilchen verwendet werden, welche auf Grund ihrer sehr feinen Teilchengröße pyrotechnische Eigenschaften ergeben.
In der US-PS 39 27 993 (DE-OS 26 28 081) wird eine Brandmasse für einen Feueranzünder beschrieben, der sich auch bei Waffen verwenden lassen soll. Es werden u. a. Zirkonium-, Titan- und Hafniummetallschwämme verwendet, die mit einem Bindemittel verdichtet sind. Es können die verschiedensten Bindemittel und Metallschwämme mit einem breiten Korngrößenbereich eingesetzt werden.
Es wurde nunmehr gefunden, daß sich solche Metallschwämme mit Vorteil bei Brandmassen einsetzen lassen.
Gegenstand der Erfindung ist also eine Brandmasse aus einem organischen Bindemittel und einem Metallschwamm von Zirkonium oder Hafnium, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bindemittel Polytetrafluoräthylen ist.
Der Einsatz von Zirkonium oder Hafnium mit Metallschwämmen ermöglicht es, das Gewicht der Teilchen in der jeweiligen Masse verhältnismäßig groß zu machen, so daß derartige Massen beim Aufschlag auch auf eine größere Strecke verschleudert werden können. Auf Grund der erhöhten Oberfläche hat der jeweilige Metallschwamm eine kürzere Entzündungszeit und brennt nach seinem Zünden länger weiter. Die Verwendung von Teilchen entsprechender Größe aus gewöhnlichem Metall würde Massen ergeben, welche auf Grund ihrer zu hohen und zu langsamen Zündzeit nach einem Aufschlag überhaupt nicht brennen würden.
Es zeigte sich weiter, daß die Verwendung von Polytetrafluorethylen 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 Verteil der Verwendung von Polytetrafluorethylen besteht darin, daß dieses mit dem Metallschwamm unter Bildung des Tetrafluorids des jeweiligen Metalls reagiert, wodurch die Verbrennung des Metalls unterstützt wird.
Entsprechende Untersuchungen von Brandmunition oder Splitterbrandmunition unter Verwendung von Zirkonium- oder Hafniummetallschwammteilchen haben eine äußerst starke Zunahme in der Wirksamkeit im Vergleich zu einer Reihe pyrotechnische Gemische ergeben, die Metalle niedriger Dichte enthalten. Die Möglichkeit zur Verdichtung oder zum Verpressen von Zirkonium- und Hafniumschwainm mit einem geeigneten Bindemittel zu einfachen oder komplexen geometri-
sehen Formen bietet zudem mehr Flexibilität bei der Entwickjung wirksamerer Munitionsformen.
Erfindungsgemäß lassen sich somit nun unter Verwendung von Zirkonium- und Hafniummetallschwammteilchen und eines Bindemittels Brandkomponenten einfacher oder komplexer Form herstellen. Bei Zirkonium- und Hafniummetallschwammteilchen handelt es sich wie ihr Name bereits sagt, um poröse Formen dieser Metalle. 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 fies jeweils verwendeten Schwammaterials.
Die ischwammteilchen haben im allgemeinen Teilchengrößen von etwa 0,05 bis 8 mm. Einer der Vorteile der Verwendung von Schwammformen dieser Metalle bei Brandmassen bestehen darin, daß jedes Teilchen auf Grund der Porosität über ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Masse verfügt Jedes dieser Metalle ist pyrophor, so daß nach entsprechendem Zünden 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 man ein Bindemittel mit den losen Schwammteilchen, bevor man die Preß- oder Verdichtungsoperation durchführt. Durch Vermischen fies Bindemittels mit den Schwammteilchen 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 pulverförmiges Polytetrafluorethylen an, das vorzugsweise eine Teilchengröße von 100 bis 500 μπι 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
ίο 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. Polytetrafluorethylen (PTFE) 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, ZrSiO4) oder Baddeleyit (Zirkoniumoxid, ZK>2) hergestellt. Der 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 Flüssigextrüktion in Zirkoniumoxid. Das erhaltene Zirkoniumoxid wird dann in Zirkoniumchlorid (ZrCU) umgewandelt, welches dann
jo 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.
ir> 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 zusammengefaßt sind.
Tabelle
Nr. Zirkonium
Korngröße
mm %		 ΡΤΙ-Έ
Korn-
gröUc
am		 30 Verdich
tungs
druck
bar		 Pcllclgrößc
mm		 Stati
scher
Anzünd
versuch		 Explo
siver
Anzünd
versuch		 Vcrsuchscrgcbnissc
I 3,33-6,68 70 400 689 12,7AD X 6,35 ja ja 50% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
15 0% Verläßlichkeit beim
explosiven Anzündversuch
2 3,33-6,68 85 400 827 12,7AD X 6,35 ja ja 80% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
IO 30% Verläßlichkeit beim
explosiven Anzündversuch
3 3,33-6,68 90 4(K) 827 12,7AD x 6,35 ja ja 80% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
50% Verläßlichkeit beim
explosiven Anzündversuch
4 1,65-3,33 70 400 30 827 12,7 AOx 6,35 ja nein 90% Verläßlichkeit beim
statischen An/.ündversuch
-ort Setzung , PTFE
Korn
größe		 15
10		 Verdich
tungs
druck
bar		 Pelletgröße
mm		 6,35
6,35		 Stati
scher
Anzünd
versuch		 Explo
siver
Anzünd
versuch		 Versuchsergebnisse
>lr. Zirkonium
Korngröße
mm		 85
90		 400
400		 827
827		 12,7ADX
12,7AD x		 ja
ja		 nein
ja		 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim
5 1,65-3,33
6 1,65-3,33
7 0,83-1,66 70 400 30
8 0,83-1,66 85 400 15
9 0,83-1,66 90 400 10
10 3,33-6,68 70 200 30
11 3,33-6,68 85 200 15
12 3,33-6,68 90 200 10
13 1,65-3,33 70 200 30
14 1,65-3,33 85 200 15
15 1,65-3,33 90 200 10
16 0,83-1,66 70 200 30
17 0,83-1-66 85 200 15
18 0,83-<v66 90 200 10
19 3,33-6,68 70 100 30
20 3.33-6.68 85 100 15
827 12,7AD X 6,35 ja
827 12,7AD X 6,35 ja
827 12,7AD X 6,35 ja
827
827
827
12,7 AD X 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
12,7 AD x 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
12,7 AD x 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
827 12,7 AD X 6,35 ja
689 12,7AD x 6,35 ja
689 12,7 AD X 6,35 ja
statischen Anzündversuch
85% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch
ja 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
ja 65% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
15% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch
ja 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
ja 80% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch
ja 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
ja 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch
ja 100% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
ja 75% Verläßlichkeit beim
statischen Anzündversuch
50% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
nein 100% Verläßlichkeit beim
Fortsetzung
Nr. Zirkonium
Korngröße
PTFE Verdien- Pclletgröße
Korn- tungs-
größe druck
um % bar mm
Stati- Rxploscher sivcr
Anzünd- Anzündversuch versuch
21 3,33-6,68 90 100 10 689 12,7 ADX 6,35 ja ja
22 1,65-3,33 90 100 10 620
23 1,65-3,33 95 100 5 620
24 0,83-1,66 90 100 10 620
25 0,83-1,66 95 100 5 620
26 1,65-3,33 98 100 2 620
12,7 AD x 6,35 nein
12,7 AD x 6,35 nein
12,7 AD x 6,35 nein
12,7 AD x 6,35 nein
12,7 AD x 6,35 ja
ja
ja
ja
ja
27 1,65-3,33 98 100 2 827 12,7 AD x 6,35 ja ja
28 1,65-3,33 98 100 2 1034 12,7 ADx 6,35 ja ja
AD = Außendurchmesser.
Zur Durchführung des aus obiger Tabelle hervorgehenden statischen Anzündversuchs gibt man das jeweilige Pellet auf einen wärmeisolierten 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 Zirkoniumschwammpellet angezündet und zu 100% verbrannt wird. Die Pellets werden durch Messen gegenüber diesem Standard verglichen, wobei die Prozentuale Menge der brennenden Pellets J^r Wert ist, der aus der Tabelle in Form der prozentualen Verläßlichkeit hervorgeht Bei Beispiel 1 ist beispielsweise eine prozentuale Verläßlichkeit von 50% angegeben, womit Vcrsuchsergebnissc
100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeil beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
100% Verläßlichkeit beim statischen Anzündversuch 100% Verläßlichkeit beim explosiven Anzündversuch
ausgedrückt wird, daß unter den angegebenen Tempe ratur- und Zeitbedingungen die Hälfte der Pellet: brennt.
Ähnlich wie beim statischen Anzündversuch wire beim explosiven Anzündversuch auch wiederum di( prozentuale Menge an brennenden Pellets ermittelt wobei die dabei erhaltenen Versuchsdaten wiederum ii Form der prozentualen Verläßlichkeit angeführt sind.
Die obigen Ausführungen beziehen sich allein au entsprechende Untersuchungen unter Verwendung
so verdichteter Formkörper aus Zirkonium. Hafniun verfügt jedoch über ähnliche Eigenschaften wis Zirkonium, so daß unter dessen Verwendung ähnliche Ergebnisse erwartet werden können.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Brandmasse aus einem organischen Bindemittel und einem Metallschwamm von Zirkonium oder Hafnium, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polytetrafluorethylen ist
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Polytetrafluorethylen in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-% enthält
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Metallschwamm in einer Korngröße von etwa 0,05 bis 8 mm enthält.
4. Masse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen eine Teilchengröße von 100 bis 500 μπι 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.
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