EP1954651A2 - Brandmasse mit einem metallischen brennstoff aus der gruppe ivb des periodischen systems sowie geschoss mit dieser brandmasse - Google Patents

Brandmasse mit einem metallischen brennstoff aus der gruppe ivb des periodischen systems sowie geschoss mit dieser brandmasse

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EP1954651A2
EP1954651A2 EP06828965A EP06828965A EP1954651A2 EP 1954651 A2 EP1954651 A2 EP 1954651A2 EP 06828965 A EP06828965 A EP 06828965A EP 06828965 A EP06828965 A EP 06828965A EP 1954651 A2 EP1954651 A2 EP 1954651A2
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binder
mass
metal powder
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    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C9/00—Chemical contact igniters; Chemical lighters

Definitions

  • the invention relates to a fire mass according to the preamble of patent claim 1 and a projectile according to claim 5 or 6.
  • Such fire masses are used as splinter fire ammunition in a projectile body or warhead together with a explosive explosive as well as in armor-piercing projectiles that contain no explosives. Due to the detonative or mechanical fragmentation of the projectile or warhead in or near the target, apart from the splinters, fast-flying, autonomously burning particles of fire mass are formed. This results in a spatially and temporally strong fire effect.
  • Known splinter firing munitions contain mixtures of highly explosive explosives such as hexogen, octogen, trotyl and aluminum powder.
  • DE 29 01 517 describes a fire mass with an organic binder and a metal sponge, e.g. zirconium or hafnium, polytetrafluoroethylene being used as binder at a level of from 2 to 15% by mass.
  • a metal sponge e.g. zirconium or hafnium, polytetrafluoroethylene being used as binder at a level of from 2 to 15% by mass.
  • the company's EP 0 051 324 B1 discloses a generic fire mass which uses an organic binder and metal particles. Based on the prior art that the use of fluorinated binders supports the formation of the tetrafluoride of the corresponding metal and strives to extend the firing time with metals in the form of coarse-grained, porous, spongy particles with a particle size of 0.05-8 mm this solution to use metal powder with an average particle size of 15-50 microns.
  • the binder, an organic halogen-free binder, a polyvinyl acetate has a content of less than 2% by mass. This still ensures sufficient compressibility of the metal powder.
  • the metal additive itself causes an increase in the blast effect and an extension of the flame life from 1 ms to 15 ms. This increases the ignition probability for combustible material.
  • EP 1 286 129 A1 discloses another fire rate for a wing-stabilized balancing bullet, which has a good effect despite a relatively small volume and a low mass.
  • the fire rate is ignited by the shock waves that occur when impacting a target.
  • a titanium sponge is used and as binder an epoxy or polyester resin.
  • the particle size range of the titanium sponge is 450 ⁇ m, with 30% having a particle size greater and 70% less than 450 ⁇ m.
  • the invention has as its object to show a further fire mass, which has a sufficiently high flame life.
  • Claims 5 and 6 relate to the use of the fire mass in a projectile.
  • the invention is based on the knowledge gained in investigations that with a corresponding particle size distribution of the preferably spherical metal powder in the range of 50-250 .mu.m only a proportion of the binder in the fire mass even less than 1 mass% is needed.
  • the binder can be used in the smallest possible concentration, which still ensures sufficient compressibility and fixation of the fire mass.
  • this distribution has also shown the best results in practice.
  • the use of spherical metal powders, in particular zirconium metal powder, with a higher surface area allows the binder to be applied dry to the surface of the metal powder, which increases the flowability and allows volumetric metering. Volumetric means to make the powder slippery by using coarse granules with ultrafine powder and at a given temperature.
  • a good organic binder is bakelite®, which is incorporated in a microenvironment and thus supports volumetric dosing.
  • an organic binder preferably halogen-free, is also incorporated in this fire mass.
  • This is, as already stated, preferably a thermoset or thermoplastic micronized organic binder.
  • the fire mass is inert in the projectile inert, its function in the target is developed by means of chemical reaction with atmospheric oxygen (air-breathing system with thermobaric reaction as non ideal high blast explosives).
  • the fixation of the fire mass in the projectile or warhead is carried out by pressing and subsequent heat treatment to activate the thermoset crosslinking or melting of the thermoplastic binder.
  • metal powders are titanium or hafnium. These types of metal powders are not made from the reaction of the individual basic substances themselves, but from starting materials processed into bars. Thus, the zirconium powder with an average grain size is not obtained from zircon itself, but from a zirconium rod.

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Abstract

Vorgeschlagen wird, dass die Brandmasse aus kugelförmigem Zirkon-, Titan- oder Hafniumpulver mit einer mittleren Korngröße von 50-250μm und einem duroplastischen oder thermoplastischen mikronisierten organischen Binder besteht, welcher dem Pulver in einer Menge weniger als 1-Masse-% beigefügt wird. Die Fixierung der Brandmasse im Geschoss bzw. Gefechtskopf erfolgt durch Verpressen und nachfolgender Wärmbehandlung zur Aktivierung der Duroplast- Vernetzung bzw. Schmelzen des thermoplastischen Binders.

Description

BESCHREIBUNG
Brandmasse mit einem metallischen Brennstoff aus der Gruppe IVB des periodischen Systems sowie Geschoss mit dieser Brandmasse
Die Erfindung betrifft eine Brandmasse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Geschoss nach dem Anspruch 5 oder 6.
Verwendung finden derartige Brandmassen als Splitter-Brandmunition in einem Geschosskörper oder Sprengkopf zusammen mit einem brisanten Sprengstoff als auch in panzerbrechenden Geschossen, die keinen Sprengstoff enthalten. Durch die detonative oder mechanische Fragmentierung des Geschosses oder Sprengkopfes im oder nahe des Zieles entstehen neben den Splittern schnell fliegende, in der Luft autonom brennende Brandmasse- Teilchen. Erzielt wird dabei eine räumliche und zeitlich stark ausgedehnte Brandwirkung.
Bekannte Splitter-Brandmunitionen enthalten Mischungen aus hochbrisanten Sprengstoffen wie Hexogen, Oktogen, Trotyl und Aluminiumpulver.
Die DE 29 01 517 beschreibt eine Brandmasse mit einem organischen Bindemittel und einem Metallschwamm, z.B. aus Zirkon oder Hafnium, wobei als Bindemittel Polytetrafluor- ethylen mit einem Anteil von 2- bis 15-Masse-% verwendet wird.
Mit der firmeneigenen EP 0 051 324 B1 wird eine gattungsgemäße Brandmasse offenbart, die ein organisches Bindemittel und Metallteilchen verwendet. Ausgehend vom Stand der Technik, dass die Verwendung von fluorierten Bindern die Bildung des Tetrafluorids des entsprechenden Metalls unterstützt und mit Metallen in Form von grobkörniger, poröser, schwammiger Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,05-8 mm eine Verlängerung der Brennzeit angestrebt wird, schlägt diese Lösung vor, Metallpulver mit einer mittleren Korngröße von 15-50 μm zu verwenden. Das Bindemittel, ein organisch halogenfreier Binder, ein Polyvinylacetat, weist einen Anteil kleiner als 2-Masse-% auf. Damit wird noch eine ausreichende Verpressbarkeit des Metallpulvers gewährleistet. Der Metallzusatz selbst bewirkt eine Steigerung der Blastwirkung und eine Verlängerung der Flammen-Standzeit von 1 ms auf 15ms. Dies erhöht die Anzündwahrscheinlichkeit für brennbares Material.
Mit der EP 1 286 129 A1 wird ein weiterer Brandsatz für ein flügelstabilisiertes Wuchtge- schoss publiziert, der trotz eines relativ geringen Volumens und einer geringen Masse eine gute Wirkung besitzt. Gezündet wird der Brandsatz durch die beim Aufprall auf ein Ziel entstehenden Schockwellen. Verwendet wird ein Titanschwamm und als Bindemittel ein Epoxid- oder Polyesterharz. Der Korngrößenbereich des Titanschwammes liegt dabei um 450μm, wobei 30% eine Korngröße größer und 70% kleiner 450μm aufweisen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine weitere Brandmasse aufzuzeigen, welche eine ausreichend hohe Flammen-Standzeit aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Die Ansprüche 5 und 6 beziehen sich auf die Verwendung der Brandmasse in einem Geschoss.
Die Erfindung geht von der in Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis aus, dass bei einer entsprechenden Kornverteilung der vorzugsweise kugelförmigen Metallpulver im Bereich von 50-250μm nur noch einen Anteil des Binders in der Brandmasse sogar kleiner als 1-Masse- % benötigt wird. Damit kann der Binder in der kleinstmöglichen Konzentration eingesetzt werden, die noch eine ausreichende Verpressbarkeit und Fixierung der Brandmasse gewährleistet. Speziell in der Verwendung sprengstofffreier Geschosse hat diese Verteilung in der Praxis zudem die besten Ergebnisse gezeigt. Die Nutzung kugelförmiger Metallpulver, insbesondere von Zirkon-Metallpulver, mit höherer Oberfläche ermöglicht, dass der Binder trocken auf die Oberfläche des Metallpulvers appliziert werden kann, wodurch die Rieselfähigkeit erhöht und ein volumetrisches Dosieren möglich ist. Volumetrisch bedeutet dabei, das Pulver gleitend machen, durch Verwendung von grobem Granulat mit Feinstpulver sowie bei vorgegebener Temperatur. Als ein guter organischer Binder gilt Bakelit ®, welcher in mikro- nisierter Form eingebracht wird und damit das volumetrische Dosieren unterstützt.
Gezeigt hat sich, dass halogenhaltige Binder die Verbrennung der Metalle nicht wirksam unterstützen. Dies kann aus der volumen- und massenspezifischen Reaktionsenthalphie abgeleitet werden:
- Zr + O2 → ZrO2 -12kJ/g-Metall
(Reaktion der Metallpartikel mit Luftsauerstoff) - nZr +(C2F4)n → nZrF4 + 2 nC ca. - 6kJ/g- Mischung
(Reaktion der Metallpartikel mit hochhalogenhaltigen Bindern - Polytetrafluorethylen).
Die derart gebildeten Metallfluoride sind leicht flüchtig und entziehen beim Verdampfen dem System Energie. Deshalb wird auch bei dieser Brandmasse, wie bereits erwähnt, ein organischer Binder, bevorzugt halogenfreie, eingebunden. Dabei handelt es sich, wie bereits ausgeführt, vorzugsweise um einen duroplastischen oder thermoplastischen mikronisierten organischen Binder.
Die Brandmasse ist laboriert im Geschoss inert, ihre Funktion im Ziel wird mittels chemischer Reaktion mit Luftsauerstoff entfaltet (luftatmendes System mit thermobarischer Reaktion als non ideal high blast explosives). Die Fixierung der Brandmasse im Geschoss bzw. Gefechtskopf erfolgt durch Verpressen und nachfolgender Wärmbehandlung zur Aktivierung der Duroplast- Vernetzung bzw. Schmelzen des thermoplastischen Binders.
Weitere verwendbare Metallpulver sind Titan oder Hafnium. Hergestellt werden diese Art Metallpulver nicht aus der Reaktion der einzelnen Grundsubstanzen selbst, sondern aus zu Stäben verarbeiteten Ausgangsstoffen. So wird das Zirkon-Pulver mit einer mittleren Korngröße nicht aus Zirkon selbst, sondern aus einem Zirkonstab gewonnen.
Im Ergebnis wurde insbesondere bei Unterkalibergeschossen mit eingepresster Brandmasse gegen Ziele mit integrierten Treibstofftanks eine ausgezeichnete Brennzeit der Brennmasse nachgewiesen. Des Weiteren ist die Flugstrecke der im Ziel freigesetzten Brandmassen- Partikel sowie die Reaktion im Zielraum immens verbessert worden.
Dieses ist u. a. darauf zurückzuführen, dass die Brandmasse nur mit der kinetischen Energie des transportierenden Geschosses und durch die Luftreibung (Drall) aktiviert wird, was durch die mittlere Korngröße der Metallpulverteilchen ermöglicht wird. Dabei kann mit der Variierung der Korngröße, d.h., der Metallpulver- Granulometrie das Initiier- und Abbrennverhalten der Brandmasse gesteuert werden.
Prinzipiell erhöht sich durch die neue Brandmasse die Standzeit gegenüber dem Stand der Technik um den Faktor 10.

Claims

Patentansprüche
1. Brandmasse aus metallischem Brennstoff der Gruppe IVB des periodischen Systems (Zr, Ti, Hf) und einem organischen Binder, insbesondere mikronisierte Duroplaste, wobei ein Metallpulver mit einer mittleren Korngröße von 50-250μm verwendet wird,
- der Binder halogenfrei ist und
- der Anteil des halogenfreien Binders kleiner als 1-Masse-% ist.
2. Brandmasse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Initiier- und Abbrennverhalten durch die Metallpulver- Granulometrie beeinflussbar ist.
3. Brandmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver kugelförmig (atomized) vorliegt und der Binder in mikronisierter Form eingebracht wird.
4. Brandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus Stangen gewonnen wird.
5. Geschoss mit einem Geschosskörper, der keinen Sprengstoff enthält unter Verwendung der Brandmasse nach einem der Ansprüche I bis 4.
6. Geschoss mit einem Geschosskörper oder Gefechtskopf mit Sprengstoff unter Verwendung der Brandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für Splitter- Brandmunition.
7. Geschoss nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandmasse nur durch die kinetische Energie des transportierenden Geschosses und durch die Luftreibung initiiert werden kann.
8. Geschoss nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandmasse laboriert im Geschoss inert ist und ihre Funktion im Ziel mittels chemischer Reaktion mit dem Luftsauerstoff entfaltet wird.
- A -
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