KR20000064510A - 뇌관용점화장약 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차 화약 베이스 장약, 점화 수단 및 중간부의 점화 트레인을 갖는 관체를 포함하는 뇌관에 있어서, 상기 트레인은 금속연료 및 금속산화물 산화제의 특정 산화환원-쌍을 갖는 신규 점화 조성물을 포함하고, 상기 연료는 금속산화물의 양을 감소시키기 위해 화학량론적으로 필요한 양에 비해 과량으로 존재하며, 상기 조성물은 상기 2차 화약을 점화시켜 대류 폭연 상태로 신뢰성있게 상기를 기폭시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 뇌관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 2차 화약을 점화시키기 위한 상기 신규 점화 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

뇌관용 점화 장약

뇌관은 군사 및 민수용의 다양한 목적에 대해 사용되지만, 여기서는 주로 상이한 내부 시간 지연(internal time delay)을 갖춘 다수의 뇌관이 일련의 전기 또는 비-전기 신호 도체로 연결된 시판되고 있는 암반 폭파에 대한 사용과 관련하여 기재될 것이다.

이러한 뇌관에서, 점화 장약은 점화 펄스를 점화 또는 신호 수단으로부터 베이스 장약에서 기폭으로 전환시키는 점화 트레인에서 상이한 목적, 예컨대 급송 또는 증폭 장약, 저속 지연 장약, 가스-비투과성 밀봉 장약 또는 상기 베이스 장약을 기폭시키기 위한 점화 장약으로서 사용될 수 있다.

점화 트레인에서 점화 장약의 한 예는 US-A-2,185,371호에 기재되어 있으며, 이것은 특정 연료로서 안티몬 합금을 갖는 지연 장약을 개시하고 있다. 다른 예는 GB-A-2 146 014호 및 DE-A-2 413 093호에 기재되어 있으며, 이것은 도관(conduit) 및 화약 혼합물을 각각 제공하는 점화 연료 조성물을 개시하고 있다. 점화 장약의 제조방법의 하나의 예로서 EP 0 310 580호가 참조되며, 이것은 지연 및 점화 장약의 제조를 개시하고 있다.

그러나, 상기의 모든 선행 기술의 공통적인 것은 2차 화약 장약을 정량적으로 또 신뢰성있게 기폭시키기 위한 특정한 점화 장약의 용도를 개시 또는 제안하고 있지 않다는 것이다.

최근까지, 점화 트레인의 모든 부분에 대해 그 수요가 증가하고 있다. 주요 요건은 장약이 제한된 시간 분산(time scatter)으로 매우 한정되고 또 안정한 반응 속도로 연소되어야 한다는 것이다. 연소 속도는 주변 상태 또는 노화에 의해 상당정도로 영향을 받지 않아야 한다. 장약은 재현성있는 점화성을 가져야 하지만, 쇼크, 진동, 마찰 및 전기 방전에 둔감해야 한다. 대표적인 연소 속도는 최소 장약 변형으로 조정되어야 한다. 장약 혼합물은 제조, 투여 및 압축에 용이하고 안전해야 하며 또 제조 상태에 너무 민감해서는 안된다. 또, 장약은 독성 물질을 함유해서는 안되고 또 용매의 사용과 같은 인체에 유해한 상태 없이 제조될 수 있어야 한다는 요구가 증가하고 있다.

통상, 점화 장약이 연료 및 산화제의 혼합물로서 간주될 수 있고, 또 많은 조성물이 잠재적으로 이용가능하더라도, 상술한 요건은 상기 장약 각각에 대한 적합한 조성물의 선택을 상당히 제한하고 있다. 그러나, 성능에 대해서 또 이러한 목적을 위한 납 또는 크롬과 같은 기존의 화합물이 덜 이용되고 또 허용되기 때문에 개량할 필요가 있다.

본 발명은 관체(shell)의 한 말단에 배치된 2차 화약, 이들의 반대쪽 말단에 배치된 점화 수단 및 점화 펄스를 점화수단으로부터 기폭시킬 베이스 장약으로 전환할 수 있는 점화 트레인(pyrotechnical train)을 갖는 중간부를 포함하는 베이스 장약(base charge)을 갖는 관체를 포함하는 유형의 뇌관(detonator) 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이러한 뇌관에서 점화 장약으로서 사용되고 또 통상 2차 화약의 점화를 위한 점화 장약의 신규 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 주목적은 상술한 측면에 있어서 개량된 성능 및 특성을 가진 뇌관, 및 거기에 유용한 점화 장약을 제공하는 것이다.

보다 특정한 목적은 정량적이고 또 신뢰성 있는 방법으로 2차 화약을 점화시킬 수 있는 능력을 가진 점화 트레인을 갖는 뇌관을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 연소 속도, 노화 및 제조, 저장 및 사용에 있어서 환경적인 영향에 대해 안정성이 있는 뇌관을 제공하는 것이다.

다른 목적은 신뢰성은 있지만 의도하지 않은 점화로부터 안정한 뇌관을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 인체에 덜 해로운 성분을 갖는 뇌관을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 안정하고 또 환경적으로 무해한 상태를 갖는 뇌관을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 2차 화약의 점화와 관련하여 어떠한 1차 화약 없이도 2차 화약의 점화를 위한 점화 장약의 용도를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구 범위에 기재된 특징에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 금속 연료 및 금속산화물 산화제의 특정 조합은, 특히 본 명세서의 개시부에서 지정한 유형의 뇌관, 및 1차 화약이 존재하지 않는 경우에서도 정량적으로 또 신뢰성있게 2차 화약을 점화하는 능력을 갖고 있다는 것이 우연히 발견되었다.

이와 관련하여, 정성적인 점화 등은 연소면(burning front)이 평면인 어떠한 층 연소를 갖지 않고, 연소가 매우 불균일한 대류성 연소 단계를 갖는 2차 화약의 점화를 의미한다.

이와 관련한 매우 중요한 발견은 상기 연소 또는 연소 메카니즘에도 불구하고, 2차 화약의 매우 신뢰성 있는 점화가 얻어지고, 또 점화 트레인의 나머지 기능이 그에 의해 악영향을 받지 않는다는 것이다.

더욱이, 달성된 정성적인 점화는 뇌관의 기폭 전개(폭연으로부터 기폭까지의 시간)를 상당히 절약하게 하며, 뇌관 기능의 어떠한 손상없이 이것은 점화 트레인, 또는 발화 요소(element)의 길이를 상당히 감소시키고, 및/또는 관체의 강도 또는 두께를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 반응 메카니즘에 대한 어떠한 이론에 제한되지 않고, 고압하에서 높은 열용량을 갖는 초고온 가스의 신규 점화 장약에 의한 일반적인 원리를 기초로 한다. 이 점화 가스는 주로 점화 장약에 존재하는 금속으로부터 증기로 구성된다. 단지 이러한 특징은 2차 화약의 정성적인 점화를 얻을 뿐이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 한 말단에 2차 화약, 반대쪽 말단에 배치된 점화수단 및 점화 펄스를 점화수단으로부터 기폭시킬 베이스 장약으로 전환시키는 중간부의 점화 트레인을 포함하는 관체를 포함하는 뇌관에 있어서, 상기 점화 트레인은 주기율표의 2, 4 및 13족으로부터 선정된 금속연료 및 주기율표의 4 및 6주기로부터 선정된 금속의 산화물 형태의 산화제를 포함하는 점화 장약을 포함하고, 상기 금속연료는 금속산화물 산화제의 양을 감소시키기 위해 화학량론적으로 필요한 양에 비해 과량으로 존재하며, 상기 점화 장약은 상기 베이스 장약의 2차 화약을 점화시켜 대류 폭연 상태로 신뢰성있게 기폭시킬 수 있는 고압 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 뇌관에 관한 것이다.

따라서, 발열하에서 금속/산화물 계의 "역전(inversion)"에 의해 일반적으로 반응하는, 테르밋(thermite) 장약이 고려될 수 있는 한정된 점화 장약을 사용함으로써 상술한 목적이 만족된다. 금속은 높은 전기 및 열 도전성을 얻는 반응 전, 도중 및 후에 존재한다. 전기 도전성은 정전기 또는 다른 전기적 방해에 의한 의도하지 않은 점화에 대한 위험 감소를 의미한다. 고열 도전성은 마찰, 충격 등에 의한 국부적인 과열을 통해 의도하지 않은 점화에 대한 낮은 위험을 의미하는 한편, 반응한 장약으로부터 양호한 점화성은 높고 지속적인 열전달에 의해 얻어진다. 반응 생성물에서 용융 금속의 존재는 이러한 특성을 증대시킨다. 금속산화물은 수분 존재에서 일반적으로 안정한 생성물이고 또 금속도 역시 양호한 내노화성을 제공하고 또 수분 현탁액에서 장약 제조가 가능하며, 또 습윤 상태에서 관찰되는 반응 속도의 불변성을 설명하는 표면 안정화에 의해 안정한 생성물이다. 테르밋 장약의 반응물은 통상 비독성이고 또 환경적으로 무해하다. 사용된 테르밋 장약의 다른 가치있는 특징은 실질적인 발열하에서 반응하고, 상술한 바와 같이, 양호한 점화성 뿐만 아니라 보다 중요하게는 부분적으로 초기 온도 조건에 대한 반응의 무관성에 의한 제한된 반응 시간 분산에 공헌한다는 것이다.

뇌관 설계에서, 특별하게는 장약이 상이한 목적을 위해 사용될 수 있고 또 동시에 몇몇 요구를 만족시키는 잇점이 있다. 본 발명에 따른 점화 장약으로서 사용된 장약은 풍부한 가스 중간 생성물을 형성하는 반응성을 활용하고, 다공성 장약에서 높은 점화 및 반응 속도를 제공하는 급속한 연소 전달 장약으로서 사용될 수 있다. 이 장약은 상이한 상태하에서 장약 안정성, 안정한 연소 속도 및 불활성 첨가제의 부가에 의한 연소 속도 가변성을 이용하는 점화 지연용으로 사용될 수 있다. 이 장약은 보강 또는 충전제 물질의 부가에 의해 쉽게 더 개량될 수 있는 용융 금속 반응 생성물의 탁월한 슬랙 형성 특성을 이용하여 가스 투과를 조정하기 위한 밀봉재 장약(sealer charge)로서 사용될 수 있다. 최종적으로, 또한 본 발명에 따라, 기폭 메카니즘을 위해 필요한 매우 빠르고 또 신뢰성 있는 점화 정면을 설정하기 위해, 장약은 조성물 잠재 발화 용량의 전 범위를 이용하고, 고온 및 역-밀봉(back-sealing)을 포함하는 주로 비-1차 화약 형 뇌관에서 2차 화약을 위한 점화기 장약으로서 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 잇점은 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

많은 점화 조성물은 환원제 및 산화제가 발열하에서 반응할 수 있는 산화환원-쌍을 함유한다. 그러나, 본 발명의 특성은 환원제, 또는 연료가 금속이고, 산화제가 금속산화물이며, 또 산화환원-쌍이 본래의 금속연료의 산화 및 본래의 금속산화물 산화제의 금속으로의 환원하에서 반응할 수 있는 테르밋 쌍인 것이다.

반응 도중에 발생한 열은 적어도 일부 및 바람직하게는 모든 금속 최종 생성물을 용융 형태로 할만큼 충분해야 한다. 불활성 충전제, 잉여의 반응물 또는 다른 반응성 점화계의 성분과 같은 계에 부가된 몇몇 다른 성분을 용융할 만큼 충분한 열을 필요로 하지 않는다. 실제로, 반응에서 본래의 금속연료는 금속/산화물 계의 "역전"으로서 기재될 수 있는 산화물의 금속을 대신한다. 이 때문에, 금속연료를 발생시키기 위해 산화물의 금속에 비해 산소에 대한 보다 높은 친화력을 가져야 한다. 따라서, 전기화학 계열에서 정확한 상태는 단지 일반적인 의미로서만 제공하기는 어려운데, 금속원소로 실제 원자가의 변화에 상응하는 반응을 고려하면, 금속 연료는 금속산화물의 금속에 비해 0.5 볼트이상, 바람직하게는 0.75 볼트이상 및 보다 바람직하게는 1 볼트이상이어야 한다.

본 발명에 따르면, 금속 연료는 주기율표의 2, 4 및 13족으로부터 선정된다. 이와 관련하여, 주기율표에서 언급되는 족 및 주기(하기표 참조)는 하기에 있는 주기율표에 의해 한정된 족 및 주기라는 것을 주목해야 한다.

사용된 주기율표

한편, 금속 연료는 특히 금속 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba을 함유하는 2족, 금속 Ti, Zr 및 Hf를 함유하는 4족, 및 Al, Ga, In 및 Tl을 함유하는 13족으로부터 선정된다.

그러나, 바람직하게는 금속연료는 상기 2, 4 및 13족의 3 및 4주기로부터 선정되며, 이것은 Mg, Al, Ca, Ti 및 Ga 를 의미한다. 보다 바람직하게는, 상기 연료는 금속 Al 및 Ti로부터 선정된다.

상술한 바와 같이, 금속산화물 산화제의 금속은 주기율표의 4 및 6주기로부터 선정되며, 4주기는 K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn 을 함유하고, 6주기는 Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi 및 Po를 함유한다.

그러나, 상기 4주기의 바람직한 금속은 Cr, Mn, Fe, Ni, Cu 및 Zn 이고, 또 특히 바람직한 것은 Mn, Fe 및 Cu 이다.

상기 6주기의 바람직한 금속은 Ba, W 및 Bi, 및 특히 바람직한 것은 Bi이다.

이와 관련하여, 특별히 바람직한 산화물은 Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu₂O, CuO, Bi₂O₃및 MnO₂이다.

나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 점화 장약은 초고온 연소 온도를 제조할 수 있는 테르밋 장약이다. 연소 온도의 측정으로서, 고려된 장약에 실재하는 밀도 및 농도 조건하에서 기계적으로 또 열적으로 절연된 계에 존재하는 반응물 사이의 최종 평형에 이르는 반응에서 이론적으로 계산된 최종 온도를 사용할 수 있다. 이러한 측정은 장약 연소 속도, 가스 투과성 및 절연과 무관하고 또 이하에서 "이상적인" 장약 연소 온도로서 이하에서 언급될 것이다. 이상적인 연소 온도는 빠른 연소 속도, 적은 가스 투과성, 큰 물리적 차원 또는 그 밖의 작은 주위 손실을 갖는 장약에 대한실제 연소 온도에 대한 근접법으로서 제공될 수 있다. 상술한 조건을 거의 만족시킬 수 없는 장약에 대해 "실제" 연소온도는 측정을 통해 결정되어야 한다. 이것은 예컨대 장약에 열전쌍의 삽입, 투명물질에서 반응할 때 장약 또는 장약에 위치한 광학 섬유로부터 방출 스펙트라의 기록에 의해 또는 몇몇 다른 방법으로 실시될 수 있다. 장약 연소 온도가 하나의 인자이면, 이하에서 더 논의할 바와 같이, 이상적인 연소온도는 2000^oK 이상, 바람직하게는 2300^oK 이상 및 가장 바람직하게는 2600^oK 이상이어야 한다. 장약 조성물 및 기하 구조는 바람직하게는 실제 연소온도가 켈빈온도로 나타낸 이상적인 연소온도의 60% 이상, 바람직하게는 70% 이상 및 가장 바람직하게는 80% 이상을 제공하도록 설계되어야 한다.

뇌관에 대한 점화 장약은 주로 내부에 밀폐되고 또 전 반응이 뇌관 구조를 붕괴하지 않도록 거의 가스가 없어야한다는 것이 일반적인 요건이다. 반응물 및 생성물로서 금속 및 금속산화물 쌍으로 구성된 본 조성물은 탁월하게도 전 반응에 대해 가스가 없는 상태를 이룬다.

그러나, 상술한 바와 같이, 조성물의 양호한 연소성 및 점화성은 주로 다른 유사한 조성물에 존재하지 않는 가스 중간 생성물의 생성 때문이다. 상술한 상태를 만족하는 꽤 낮은 비점의 금속연료와 조합하여 높은 반응 온도에 의해 적어도 일부가 금속연료의 일시적인 증기 중간생성물을 발생하는 것으로 믿어진다.

이러한 목적에 대한 바람직한 방법은 잉여의 금속연료를 사용하는 것이지만, 쉽게 증발할 수 있는 또다른 성분의 부가에 의해 상기 효과를 증대할 수 있으며, 이 조성물 형태를 "가스-보강" 조성물로서 언급할 것이다. 상당량이 조성물을 냉각할 것이고 또 가스 형성을 방해할 것이다. 따라서, 이러한 조성물에서 금속연료의 양은 일반적으로 금속산화물 산화제의 양을 감소시키기 위해 화학량론적으로 필요한 양의 1 이상 내지 12 미만 배이고, 그 상한은 보다 바람직하게는 상기 화학량론적으로 필요한 양의 6배이며, 또 가장 바람직하게는 4배이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 금속연료의 양은 상기 양의 1.1 내지 6배이고 또 보다 바람직하게는 금속연료의 양은 상기 양의 1.5 내지 4배이다.

점화 장약 조성물의 총 중량 기준으로 퍼센트로 표현하면, 금속연료는 일반적으로 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 15 내지 35 중량% 및 보다 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 양으로 존재한다. 따라서, 금속산화물 산화제의 상응하는 퍼센트는 90 내지 50 중량%, 바람직하게는 85 내지 65 중량%, 및 보다 바람직하게는 75 내지 65 중량%이다.

본 발명의 바람직한 하나의 구체예에 따르면, 금속연료는 Al 이고 또 금속산화물 산화제는 Cu₂O 또는 Bi₂O₃이며, 이때 상기 연료의 퍼센트는 15 내지 35 중량% 및 상기 산화제의 퍼센트는 65 내지 85 중량%이다.

본 발명의 바람직한 또 하나의 구체예에 따르면, 금속연료는 Ti이고 또 금속산화물 산화제는 Bi₂O₃이며, 이때 연료의 퍼센트는 15 내지 25 중량%, 바람직하게는 약 20 중량%이고, 또 산화제의 퍼센트는 75 내지 85 중량%이고, 바람직하게는 약 80 중량%이다.

몇몇 이유 때문에, 예컨대 조성물의 연소속도에 영향을 주거나, 정전기 스파크에 대한 조성물의 민감성을 감소시키거나 또는 슬랙 특성에 영향을 주기 위해 조성물에 다소 불활성이거나 또는 심지어 활성인 고형분 성분을 혼입하는 것이 바람직할 수 있다. 반응의 생성 화합물인 불활성 고형분 성분의 사용은 시스템 특성을 변화시키지 않고 또 상술한 증기 중간 생성물의 상술한 형성을 감소시키지 않는 잇점이 있다. 그러나, 금속산화물의 부가는 예컨대 너무 많이 냉각하지 않고 반응 속도를 늦추는 것이 바람직하다. 상기 금속산화물은 사용된 실제 계의 최종 생성물일 수 있지만, 또 다른 금속산화물 예컨대 상술한 바와 또 다른 역전 계로부터 최종 생성물을 부가할 수도 있다. 이러한 면에서, 특별히 바람직한 산화물은 Al, Si, Fe, Zn, Ti의 산화물 또는 이들의 혼합물이다. 불활성 고형분 성분은 강한 슬랙에 공헌하는 다른 것 중에서 입자 금속일 수 있다. 이러한 조성물은 이하에서 "금속-보강" 조성물로서 언급될 것이다. 최종 생성물 금속은 금속-보강 조성물에서 첨가제와 같은 것으로서 사용될 수 있다. 반응에서 제조된 최종 생성물 금속은 통상 용융 형태이고 또 상기의 부가는 예컨대 강하고 또 비투과성 슬랙의 형성에 적합한 용융 및 비용융된 금속의 혼합물을 제공할 수 있다.

이러한 부분 용융에 비해 보다 양호한 제어는 금속이 장약의 반응 온도에서 고형분이면 예컨대 보다 높은 융점을 갖는 최종 생성물 이외의 고형분 금속을 부가함으로써 달성된다. 이러한 몇몇 금속이 사용될 수 있지만, 특히 유용한 금속은 Ti, Ni, Mn 및 W 또는 이들의 혼합물 또는 합금 및 특히 W 또는 W와 Fe의 혼합물 또는 합금이다.

상술한 금속 및/또는 금속산화물은 점화 장약, 특히 점화 장약의 중량 기준으로 통상 2 내지 30 중량%, 바람직하게는 4 내지 20 중량% 및 보다 바람직하게는 6 내지 10 중량%와 같은 5 내지 15 중량%의 양으로 사용된다.

또한, 점화 첨가제 이외의 다른 첨가제는 예컨대 자유-유동 또는 압축성을 개량하기 위한 첨가제 또는 밀착성을 개량하거나 또는 과립화를 위한 결합제 첨가제, 예컨대 점토 물질 또는 카르복시 메틸 셀룰로오스를 혼합물에 혼입할 수 있다. 이러한 목적을 위한 첨가제는 일반적으로 소량, 특히 첨가제가 영구 가스를 발생시키면 점화 장약, 특히 점화 장약의 중량기준으로 예컨대 4중량%미만, 바람직하게는 2 중량%미만 및 심지어 1 중량%미만으로 사용된다.

바람직하게는 점화 장약 및 몇몇 다른 점화 장약은 통상적인 방식으로 분말 혼합물로 구성된다. 입경은 연소 속도에 영향을 주기 위해 사용될 수 있고 또 일반적으로 0.01 내지 100 마이크론 및 특히 0.1 내지 10 마이크론일 수 있다. 바람직하게는, 분말은 예컨대 0.1 내지 2 mm 또는 바람직하게는 0.2 내지 0.8 mm로 과립화되어 투여 및 압축을 용이하게 할 수 있다. 바람직하게는, 과립은 적어도 산화-환원 쌍 성분의 혼합물로부터 생성된다.

조성물이 상대적으로 건조 상태에서 의도하지 않은 발화에 둔감하더라도, 액상, 바람직하게는 수성 매질 또는 주로 순수에서 조성물을 혼합하고 제조하는 것이 바람직하다. 이 혼합물은 종래의 수단에 의해 액상으로부터 과립화될 수 있다.

점화 장약 연소 속도는 광범위하게 변화될 수 있지만, 일반적으로 0.001 내지 50 m/초, 특히 0.005 내지 10 m/초에서 변한다. 연소 속도 50 m/초 및 특히 100 m/초 이상은 통상 장약 상태를 뇌관 용도에 부적합하거나 비정형적으로 만든다. 상술한 바와 같이, 연소 속도는 몇몇 방법, 즉 산화환원 계의 선택, 반응물 간의 화학량론적 균형, 불활성 첨가제의 사용, 장약 입경 및 압축 밀도에 의해 영향을 받을 수 있다.

장약은 완전히 밀집되지 않은 형태로부터 크게 압축된 형태로 사용할 수 있기 때문에 압축 밀도에 대한 일반적인 한계를 설정할 수 없다. 그러나, 본 목적을 위한 장약으로서 정성화하기 위해, 충분한 조성물 양이 압축되도록 사용되어야 하는데, 예컨대 적어도 과립의 1차 입자에 대한 과립화된 물질의 경우, 3개의 모든 장약 차원에서 입경의 크기보다 수배 및 바람직하게는 다수 배로 연신되어야 한다.

상술한 바와 같이, 상술한 점화 장약은 2차 화약을 점화시키는 점화 목적을 위해 일반적으로 사용할 수 있지만, 이들은 주로 시판되고 있는 폭파용 뇌관에서 특별한 가치를 가진다. 상술한 바와 같이, 이러한 뇌관은 한쪽 말단에 배치된 2차 화약, 반대 말단에 배치된 점화 수단 및 점화 펄스를 점화수단으로부터 베이스 장약의 기폭으로 전환시키는 성능을 갖는 점화 트레인을 갖는 중간부 또는 구간을 포함하거나 또는 구성된 베이스 장약을 갖는 관체를 포함한다.

점화 수단은 전기적으로 발화되는 퓨즈 헤드, 안전 퓨즈, 마일드 기폭 코드(mild detonating cord), 저에너지 쇼크 튜브(예컨대 NONEL, 등록 상표), 도화선 또는 필름, 예컨대 광학 섬유를 통해 전달되는 레이저 펄스, 전자 장치 등과 같은 몇몇 공지된 종류일 수 있다. 본 장약의 점화에 대해서 발열 점화 수단이 바람직하다.

점화 트레인은 전형적으로 거의 실린더형 요소에 설치된 칼럼 형태의 지연 장약을 포함할 수 있다. 이 트레인은 연소를 증대시키거나 또는 느린 장약의 점화를 보조하기 위한 전달 장약(transfer charge)을 포함할 수도 있고 또 가스 투과성의 제어를 위한 밀봉 장약을 더 포함할 수 있다. 트레인의 최종 부분은 점화 장약에서 주로 발열 연소를 베이스 장약의 쇼크 및 기폭으로 전환시키는 단계이다.

종래에는, 이것은 기폭시킬 2차 화약만큼 소량의 1차 화약의 혼입에 의해 실시되었다. 1차 화약은 열 또는 부드러운 쇼크로 처리하면 급속하게 또 신뢰성있게 기폭한다. 그러나, 최근 2차 화약에서 기폭의 직접 전개를 위해, 이하에서 더 논의할 1차 화약이 몇몇 메카니즘으로 대체된 시판용 비-1차 화약 형 뇌관(이하, "NPED")을 설계할 수 있도록 개발되었다.

상술한 조성물은 급속한 전달 장약으로서 약한 연소 펄스를 선택 및 증폭시키거나, 또는 보다 느린 조성물의 점화를 보조하기 위해 사용될 수도 있다. 조성물은 다른 장약에 대한 높은 연소 속도 및 낮은 시간 분산, 작은 압력 의존성, 발화 용이성, 의도하지 않은 발화에 대한 둔감성 및 점화 성능때문에 상기 목적에 대해 적합하다. 바람직하게는, 본 조성물은 정의한 바와 같은 가스-보강 조성물이다. 점화 트레인에서, 상기 장약은 점화 펄스를 점화수단으로부터 점화 트레인의 후속적인 부분으로 전달하기 위한 점화 수단에 배치된 전달 장약로 구성되거나 또는 그 일부인 것이 바람직하다. 반응속도 및 점화 민감성을 유지하기 위해 장약 다공성은 높아야 하고 또 압축 밀도는 낮아야 한다. 바람직하게는, 장약 밀도는 압축력 100 MPa 미만 및 보다 바람직하게는 10 MPa 미만에 상응하고 또 거의 압축되지 않은 장약이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 장약은 과립화된 물질을 함유하고 또 장약에서 최대 다공성을 제공하기에 충분한 힘으로 압축된다.

이와 관련하여, 장약 연소 속도는 0.1 m/초 이상일 수 있고 또 바람직하게는 1 m/초 이상이다. 작은 장약만이 이러한 목적에 대해 필요하고 또 바람직하게는 장약 양은 상기 전달 장약에서 지연 시간이 1 msec 미만 및 바람직하게는 0.5 msec 미만을 제공할만큼 충분히 작다.

통상적이고 또 바람직하게는, 점화 수단에서 더 이상의 장약은 없지만, 전달 장약, 또는 이를 위한 불활성 환경은 점화 수단에 직접 접하고 있다. 공기 틈은 장약 및 그 틈을 연결할 수 있는, 퓨즈 헤드 또는 쇼크 튜브와 같은 점화수단 사이에 존재할 수 있으며, 이것은 제조를 용이하게 한다. 또한, 점화수단은 점화 펄스를 선택하는데 있어 보조하는 장약에 매립될 수 있다. 이 경우, 본 조성물의 전기 도전성이 스파크, 퓨즈 브릿지 또는 장약 그 자체를 통한 도전으로부터 직접 점화가 가능하기 때문에 전기 점화수단과 조합하여 점화 공정을 보호하거나 또는 퓨즈 비이드 없이 전기 틈과 같은 단순한 점화수단을 사용할 수 있는 특별한 잇점이 달성될 수 있다.

전달 장약의 다른 말단은 점화 체인에서 몇몇 다른 장약, 가장 통상적으로는 지연 장약과 또 다른 장약을 통해 접할 수 있다.

상술한 조성물을 함유한 장약은 신뢰성 및 재현성있는 연소 속도, 외부 조건의 낮은 의존성, 속도 다양성 및 제조 용이성을 이용하는 지연 장약으로 구성되거나 또는 그 일부일 수 있다.

지연 장약은 통상적으로 분말 부피 밀도에 비해 보다 높게 압축되고 또 바람직하게는 장약 밀도는 10 MPa 이상 및 보다 바람직하게는 100 MPa 이상의 압축력에 해당한다. 이 장약은 1 g/cc 이상 및 보다 바람직하게는 1.5 g/cc 이상의 밀도를 가질 수 있다. 지연 목적을 위해, 본 조성물은 너무 높은 반응 속도를 갖지 않아야 하고 또 바람직하게는 장약 연소 속도는 1 m/초 미만 및 보다 바람직하게는 0.3 m/초 미만이어야 한다. 일반적으로, 속도는 0.001 m/초 이상이고 또 바람직하게는 0.005 m/초 이상이다. 장약 양은 상기 지연 장약에서 지연 시간이 1 msec 이상이고 또 바람직하게는 5 msec 이상을 제공할 만큼 충분히 큰 것이 적합하다.

속도를 증가시키는 바람직한 방법이 상술한 가스-보강 조성물을 사용하는 것이고 또 속도를 감소시키는 바람직한 방법은 충전제, 바람직하게는 반응 최종 생성물 및 바람직하게는 금속 산화물을 부가하는 것이지만, 연소 속도는 몇몇 정의된 일반적인 방법에 의해 영향을 받을 수 있다. 알루미늄 산화물 및 규소 산화물은 사용한 실제 역전 계와 무관한 유용한 충전제인 것이 밝혀졌다. 충전제 양은 반응성 성분의 10 중량% 내지 1000 중량%이지만, 바람직하게는 20 내지 100 중량%이다.

지연 장약의 속도를 감소시키는 또다른 방법은 연료로서 반금속, 특히 규소를 선정하는 것이다.

지연 장약은 점화 트레인의 후속적인 장약에 대해 뇌관 관체에서 직접 압축될 수 있는데, 그 해결책은 작은 장약 및 짧은 지연이다. 보다 큰 장약에 대해, 지연 장약은 통상적인 실시에 따라 관체내에 위치한 요소로 둘러싸일 수 있다. 지연 조성물 칼럼은 한 번의 공정으로 압축될 수 있지만, 보다 긴 칼럼의 경우 보다 많은 공정으로 압축된다. 전형적인 장약 길이는 1 내지 100 mm이고, 특히 2 내지 50 mm이다.

NPED 형 구조물의 경우, 상류(upstream) 2차 화약은 통상 별도의 관체 또는 요소 내에 밀폐되고 또 제 3의 가능성은 동일한 밀폐기 내에 총 지연 장약의 부분을 위치하는 것이다.

지연 장약의 상류 말단은 연소 속도 안정성을 더 개량하기 위해 가스 및 장약 입자의 역류를 제한하기 위한 수단, 바람직하게는 슬랙 형성 장약 및 가장 바람직하게는 예컨대 본 명세서에 기재된 조성물을 갖는 밀봉제 장약이 구비될 수 있다.

지연 장약의 다른 말단은 점화 체인의 몇몇 다른 장약에 접할 수 있지만, 소량의 또 다른 장약을 통해 1차 또는 2차 장약과 접촉될 수 있다. 1차 화약은 지연 장약에 의해 쉽게 기폭될 수 있고 2차 화약은 이에 의해 점화한다. 후자의 경우, 바람직하게는 본 명세서에 기재된 바와 같이 밀봉제 또는 점화 장약(igniter charge)상에 대해 실시된다.

상술한 조성물은 장약의 반응 후, 가스의 통과를 늦추거나 또는 방해하는 밀봉 장약을 구성하거나 또는 그 일부인 장약에서 사용될 수 있다. 또한, 밀봉 장약은 기계적으로 강도가 있어야 한다. 점화 장약에서 반응 행태는 가스 압력에 따라 크게 다르고 또 재현성 연소는 제어된 압력의 생성 및 유지에 따라 다르다. 장약 공극에 존재하는 가스 중간생성물 또는 가스의 가열에 의해 가스가 없는 조성물도 압력 상승 및 가스의 잠재적 역류를 나타낸다. 또한, 압축된 분말 전하에서 밀착성은 제한되고 또 압력은 방해될 수 있다.

상기 밀봉 장약은 양호한 슬랙-형성 및 밀봉성을 가지며, 이것은 보강 첨가제에 의해 더 개량될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 꽤 높은 장약 밀도를 사용하는 것이 유리하다. 바람직하게는, 장약 밀도는 10 MPa 이상 및 보다 바람직하게는 100 MPa 이상의 압축력에 해당한다. 절대적인 입장에서, 압축된 밀봉제 장약은 1.5 g/cc 이상 및 바람직하게는 2 g/cc 이상의 밀도를 가질 수 있다. 장약은 중간생성물 연소 속도, 바람직하게는 0.01 m/초 이상 및 보다 바람직하게는 0.1 m/초를 가지는 경향이 있지만, 그 속도는 종종 1 m/초 이다.

단지 밀봉 목적을 위해 사용되면, 상기 장약은 통상 작고 또 종종 상기 밀봉 장약에서 지연 시간 1 초 미만 및 보다 종종 100 msec 미만을 제공할 만큼 충분히 작다.

밀봉 장약으로서 사용되면, 조성물은 예컨대 정의한 바와 같은, 형성된 슬랙이 기계적으로 강하며 또 가스 비투과성이 크기 때문에 상술한 바와 같은 바람직한 의미를 갖는 금속-보강 조성물로서, 특히 투과성을 감소시키기 위해 일반적으로 불활성 충전제를 함유한다. 충전제는 차이를 완화시키는 경향이 있기 때문에, 필요에 따라, 예컨대 연소 속도를 조정하기 위해 그 균형이 초과- 및 부족한 조성물을 사용할 수 있기 때문에, 여기에서는 금속 및 금속산화물의 화학량론적 균형은 중요하지 않다. 그러나, 일반적으로 가스-보강 조성물에 상응하는 화학량론적 균형이 바람직하다. 충전제의 양은 광범위하게 변할 수 있지만, 하나의 의미로서 충전제 양은 20 내지 80 부피% 및 바람직하게는 30 내지 70 부피%이다.

뇌관에서, 밀봉 장약은 밀봉 또는 보강 효과가 필요할 때마다 사용될 수 있다. 중요한 용도는 역류로부터 지연 장약을 밀봉하여 이들의 연소성을 안정화하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 밀봉 장약은 지연 장약 이전에 점화 트레인에 위치되어야 한다. 다른 점화 장약은 밀봉 및 지연 장약 사이에 존재할 수 있지만, 양호한 점화 성능에 의해 밀봉 장약은 지연 장약과 직접 접촉하는 위치에 있을 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 지연 장약이 특별한 가치를 갖고 있지만, 임의의 지연 장약도 사용될 수 있다. 지연 장약이 특별한 요소 또는 관체에 위치되면, 동일한 구조물에서 밀봉제 장약을 압축하는 것이 적합하지만, 필수적인 것은 아니다.

본 발명의 중요한 구체예는 NPED 형, 즉 1차 화약은 없지만 2차 화약은 존재하는 뇌관이다. 여기에서, 또한 청구범위의 신규 장약은 가스의 압력 및 역류로부터 밀봉시키는 밀봉 장약으로서 작용한다. 이러한 뇌관에서, 2차 화약은 기폭으로 즉시 전환하기 위해 점화된다. 여기에서, 급속한 점화, 가스의 적은 손실 및 영역의 지속적인 구조 통합은 중요하다. 이러한 목적을 위해, 점화(및 밀봉) 장약은 2차 화약 직전 또는 인접하여 위치되어야 한다. 다른 장약, 바람직하게는 본 명세서에 기재한 바와 같은 장약은 이들 사이에 위치될 수 있지만, 상기 장약은 2차 화약에 대해 사용하기 위한 매우 양호한 점화성을 가진다. 통상, 점화되는 2차 화약은 밀폐기에 집어넣어진다. 이후, 점화 장약은 밀폐기 외부에 위치될 수 있지만, 적어도 일부 및 바람직하게는 모든 장약이 밀폐기 내에 배치되는 것이 유리하다.

뇌관에서 보다 일반적으로 사용하고 또 제조를 단순화하기 위해, 장약은 뇌관 관체의 내부로 연결된 직경을 가진 요소로 압축될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 신규 장약은 연소 또는 폭연 상태로 2차 화약을 점화시키는 능력을 갖는 점화 장약으로 구성되거나 또는 그 일부이다. 이러한 2차 화약 점화의 주요한 용도는 1차 화약의 부족이 2차 화약을 기폭으로 직접 전환시키는 메카니즘을 제공하도록 하는 NPED 형 뇌관이다.

NPED 형 뇌관은 제조과정에서 민감한 1차 화약의 모든 취급 및 이러한 화약을 사용하는 뇌관의 이용에 있어서 고유한 안전 문제를 피하기 위해 개발되었다. NPED 원리를 특별한 배치 및 전환 메카니즘이 필요한 암반 폭파를 위한 시판용 뇌관에 적용하고자 할 때 난점이 있다.

예컨대 FR 2 242 899호에 따른 도화선 또는 도화 필름 형 점화수단은 점화수단이 순간적인 고전류가 제공되면, 2차 화약에서 기폭을 직접 촉발할 만큼 충분한 크기의 쇼크를 만들 수 있다. 이들은 진보된 발파기가 필요하고 또 이들은 통상적인 점화 지연과 비상용적이기 때문에 시판용으로는 적합하지 않다.

적합한 조건하에서, 2차 화약은 폭연의 기폭 전환(DDT)을 경험할 수 있다. 이 조건은 통상적으로 보다 무거운 밀폐기 및 시판용 뇌관에서 허용될 수 있는 화약보다 많은 양을 필요로 한다. 그 예는 US 3 212 439호에 개시되어 있다.

미국 특허 명세서 3 978 791호, 4 144 814호 및 4 239 004호에 예시된 또다른 NPED 형은 수용기 장약의 기폭을 발생시킬 만큼 충분한 속도로 2차 화약 수용기 장약와 충돌시키기 위해 충격기 디스크(impactor disc)의 가속을 위한 발화하고 또 폭연하는 공여(donor) 2차 화약을 사용한다. 수반된 힘을 보조하기 위해, 상기 구조물은 대형이고, 기계적으로 보기 흉하며 또 전적으로 신뢰성이 없다. 유사한 구조물이 WO 90/07689호에 개시되어 있다.

특허 명세서 US 4,727,808호 및 US 5,385,098호는 DDT 메카니즘을 토대로 하는 또다른 NPED 형을 기재하고 있다. 이 구조물은 종래의 대부분의 점화수단으로 점화하고, 종래의 뇌관 캡 장치를 사용하여 제조될 수 있으며, 통상적인 뇌관 관체에 설치되고 또 2차 화약 장약의 작은 밀폐기로 신뢰성 있게 기폭될 수 있다. 그러나, 발화 신뢰성은 전환이 발생하도록 계획된 특정한 설계 또는 화약의 분배에 따라 다르다.

공지된 NPED 설계의 일반적인 문제는 신뢰성있는 점화 및 만족할만한 시간 정확성을 제공할 만큼 충분히 빠른 폭연으로의 전환을 얻고 또 통상적인 점화 장약과 조합하여 이것을 달성하는 것이다. NPED 형 뇌관에서 속도는 2차 화약 시퀀스에서 매우 큰 중요성을 가진다. 기폭은 반응하는 화약으로부터 팽창력에 의해 먼저 뇌관 구조가 파괴되는 것을 피할만큼 급속하게 이뤄져야한다. 느린 점화는 순간적이고 또 지연된 뇌관에 대해 중요한 폭넓은 시간 분산을 의미한다. 또한, 급속한 점화는 압력 생성을 최적화하는 보다 부드러운 연소면을 제공하는 것으로 믿어진다. 이러한 인자는 상술한 모든 NPED 형에서 중요하다. DDT 메카니즘에서, 전환부는 가능한 한 짧아야하고 또 비행판(flying plate) 메카니즘에서 2차 화약 공여 장약의 급속한 연소, 판 전단 및 가속화는 공여 장약 챔버가 폭발되기 이전에 일어나야 한다.

본 명세서에 개시된 조성물은 상술한 용도에서 2차 화약에 대해, 상술한 테르밋 산화환원-계를 함유하는 장약으로부터 특히 고온 및 지속 점화 펄스를 사용하여 2차 화약의 급속하고 또 신뢰성 있게 발화시키는 탁월한 점화 조성물인 것이 밝혀졌다.

일반적으로, 본 조성물은 상기 목적에 적합하더라도, 몇몇 조합물은 특별한 용도를 가진다. 상술한 가스-보강 조성물은 특히 점화할 2차 화약이 점화할 부분에서 특정한 다공성을 가질 때 유리하다. 상기의 경우, 바람직하게는 장약에 가장 근접한 2차 화약의 밀도는 2차 화약 결정 밀도의 40 내지 90%이고, 또 바람직하게는 50 내지 80%이다. 적합한 압축력은 0.1 내지 50 MPa 및 보다 바람직하게는 1 내지 10 MPa 일 수 있다. 크게 압축된 2차 화약은 점화하기 어렵지만, 점화되면 더 많은 반응이 급속하게 일어난다.

이러한 장약에 대해, 가스가 풍부한 점화 장약이 사용될 수 있지만, 그 조성물은 보다 자유롭게 선정될 수 있다. 이러한 목적을 위해 충전제-함유 조성물 및 특히 금속-보강 조성물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이들 조성물이 다양한 밀도의 2차 화약을 점화시키기위해 사용되더라도, 장약에 가장 근접한 2차 화약의 밀도가 2차 화약 결정 밀도의 60 내지 100% 및 바람직하게는 70 내지 99%이면 이들을 사용하는 것이 바람직하다. 적합한 압축력은 상한 없이 10 MPa이상이고, 바람직하게는 50 MPa이상이다. 점화 장약 밀도가 점화할 2차 화약의 밀도에 다소 적합하고 또 바람직하게는 점화 장약이 각각 저- 및 고밀도 장약에 대해 상술한 동일한 범위내에서 절대 퍼센트로 나타낸 비-공극 장약 밀도를 가진다. 상술한 범위는 단지 지표일 뿐이고 또 사용된 실제 구조물 및 2차 화약에 대해 실험되어야 한다.

1차 및 2차 화약 사이의 차이점은 잘 공지되어 있고 해당 분야에서 광범위하게 사용된다. 실용적인 목적을 위해, 1차 화약은 어떠한 밀폐기 없이 물질의 수 입방 밀리미터 부피에서 화염 또는 도전성 가열로 자극될 때 완전 기폭을 전개할 수 있는 화약 물질로서 정의될 수 있다. 2차 화약은 유사한 조건하에서 기폭될 수 없다. 일반적으로, 훨씬 다량으로 또는 두꺼운 벽을 가진 금속 용기와 같은 두꺼운 밀폐기 내에 존재할 때만 화염 또는 도전성 가열에 의하거나, 또는 2개의 딱딱한 금속 표면 사이에 기계적인 충격에 노출되는 것에 의해 점화될 때 2차 화약이 기폭될 수 있다.

1차 화약의 예는 풀민산 수은, 스티픈산 납, 아지드화 납 및 디아조디니트로페놀 또는 이들 2개 이상의 혼합물 등이다.

2차 화약의 대표예는 펜타에리트리톨테트라니트레이트(PETN), 시클로트리메틸렌트리니트라민(RDX), 시클로테트라메틸렌테트라니트라민(HMX), 트리니트로페닐메틸니트라민(테트릴) 및 트리니트로톨루엔(TNT) 또는 이들의 2개 이상의 혼합물이다. 다른 실제적인 정의로 PETN 보다 둔감한 화약을 2차 화약으로서 간주된다.

본 목적을 위해, 보다 쉽게 점화되고 또 기폭되는 2차 화약, 특히 RDX 및 PETN 또는 이들의 혼합물을 선정하는 것이 바람직하지만, 상술한 몇몇 2차 화약이 사용될 수 있다.

상이한 발화 요소 부분은 상이한 2차 화약을 함유한다. 단, 전환점의 정확한 위치가 다양하고 또 구간 분리가 요소의 물리적 구조에 상응할 필요없이, 요소를 크게 폭연구간 및 기폭구간으로 나누면, 적어도 폭연구간에서는 보다 쉽게 점화되고 기폭된 화약을 사용하고, 기폭구간에서는 화약이 보다 자유롭게 선정될 수 있다.

2차 화약은 순수 결정 형태로 사용될 수 있고, 과립화될 수 있으며 또 첨가제를 함유할 수 있다. 결정성 화약은 보다 높은 압력 밀도에 대해 바람직한 반면, 과립화된 물질은 보다 낮은 밀도 및 다공성 장약에 대해 바람직하다. 필요에 따라, 예컨대 상술한 명세서 US 5,385, 098호에 따라 사용될 수 있지만, 본 조성물은 몇몇 첨가제 없이 2차 화약을 점화시킬 수 있다.

2차 화약은 일반적으로 부피 밀도보다 높게 압축된다. 예컨대 보다 큰 장약에서는 가장 균일한 밀도에 대한 증가분 또는 보다 작은 장약에 대해서는 한 단계 공정으로

또는 밀도 성분을 만들기 위해 바람직하게는 각 장약내에서 역반응으로 압축함으로써 적합하게 얻어진 반응 방향에서의 증가하는 밀도가 밀도 성분을 만들기 위해,

본 점화 메카니즘은 전환구간 및 기폭구간에서 2차 화약의 어떠한 물리적 분리도 요하지 않지만, 장약은 종래의 뇌관 관체보다 몇몇 밀폐기 또는 그밖의 밀폐기 없이 종래의 베이스 장약을 직접 발화하도록 할 수 있다. 그러나, 적어도 특정 밀폐기, 예컨대 실린더형 강철 관체 두께 0.5 내지 2 mm, 바람직하게는 0.75 내지 1.5 mm 에 상응하는 방사형 밀폐기에 전환구간이 제공되는 것이 바람직하다.

적합한 배치는 뇌관에서 베이스 장약에 접하는 전환구간으로 삽입된 통상적인 요소에 전환구간에 있는 점화 장약 및 화약을 포함하는 것이다. 그 요소는 일반적으로 실린더형으로 설계될 수 있다.

상류 말단이 바람직하게는 점화가 용이하도록 홀을 가진 수축부(constriction)가 구비되면, 보다 양호한 밀폐기가 얻어진다. 이외에 또다른 것으로서, 말단은 바람직하게는 상술한 종류의 밀봉제 장약이 구비될 수 있으며, 이 밀봉제 장약은 밀폐기의 상류에 위치될 수 있지만, 바람직하게는 밀폐기내에 위치된다. 이상을 고려해보면, 본 조성물은 밀봉제 장약 및 점화 장약으로서 작용할 수 있고, 이 경우 하나의 장약만이 필요하다는 것이 명백하다. 다른 방법으로는, 점화 장약이 밀봉제 장약 및 화약 사이에 위치된다.

하류 말단 설계는 선정된 기폭 메카니즘에 따라 크게 다르며, 이것은 상술한 하나의 형태 중 하나일 수 있고 공지되어 있으며 또 여기에서는 상세하게 기재할 필요가 없다. 바람직한 NPED 형은 본 명세서에 참고로 포함된 상기 US 4,727,808호 및 US 5,385,098호에 기재된 것이다.

따라서, 하나의 구체예에서, 점화시킬 2차 화약은 기폭시킬 2차 화약 쪽으로 채널을 통해 충격기 디스크을 추진시키기 위한 공여 장약이다.

또다른 구체예에서, 점화시킬 2차 화약은 기폭 전환 체인으로 폭연하는 첫 번째 부분이며, 상기 체인은 바람직하게는 상기 첫 부분에 보다 저밀도의 2차 화약을 함유하는 두 번째 부분을 더 포함한다. 이러한 모든 기폭 메카니즘에 대해 통상적인 것은, 전 단계에서 2차 화약이 주로 발열 수단을 사용함으로써 연소 또는 폭연 단계로 점화되며, 이러한 목적을 위해 본 조성물이 매우 적합하다. 이 장약은 장약으로부터 열에 의해 영향을 받고 또 바람직하게는 장약 및 화약 사이에 직접 접촉할 수 있도록 점화시킬 화약에 위치한다. 이 전하에 대해 상술한 상태는 화약의 점화에 대해 사용된 부분에 관한 것이다.

이 장약은 해당 분야에서 통상 사용되는 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 방법은 장약의 성분을 혼합하는 공정, 혼합물을 전단 작용에 의해 보다 많이 분쇄하는 분쇄기에서 바람직한 입경으로 분쇄하는 공정, 고압하에서 제조된 혼합물을 블록으로 밀집시키는 공정, 보다 작은 입자로 이루어진 입자를 얻기 위해 블록을 분쇄하는 공정 및 최종적으로 소망하는 크기 부분을 얻기 위해 채질 공정을 실시하는 공정을 포함한다.

뇌관은 본 발명에 따른 후속적인 점화 장약의 압축 또는 베이스 장약에서 기재된 요소 또는 밀폐기의 삽입과 함께 뇌관 관체의 폐쇄 말단에서 베이스 장약을 별도로 압축함으로써 제조될 수 있다. 지연 장약은 필요에 따라 최상의 전달 장약과 함께 삽입될 수 있다. 점화수단은 관체에서 말단이 개방되어 위치하며, 이것은 플러그를 통과하는 충격 튜브 또는 전기 도체와 같은 신호 수단을 갖는 플러그에 의해 밀봉된다.

실시예 1

화학량론적인 비율에 대해 Al의 양을 2배로 갖는 Al-Fe₂O₃의 점화 장약을 외경 6.3 mm 및 벽 두께 0.8 mm를 갖는 강철관에서 압축하였다. 상기 관의 한 말단을 개방하였고 또 다른 말단은 직경 1 mm의 홀을 갖는 격막을 함유하였다. 이 점화 장약을 상기 격막으로 압축하였다. 이후, PETN의 4 mm 칼럼을 상기 격막으로 압축하였고 또 최종적으로 알루미늄 컵을 압축하였다. 이러한 요소를 100개 제조하였다. 이후, 이 요소를 NPED 계의 2차 화약의 두 번째 부분을 함유하는 표준 알루미늄 관체에 압축하였다.

시험 발파는 모든 뇌관이 우수한 방법으로 기능하였고 Nonel 관(3.6 m)의 폭염을 포함하는 작동 시간은 4 ms 이하였다는 것을 나타내었다.

이후, 단지 화학량론적인 점화 조성물을 갖는 동일한 의장의 뇌관 100개를 제조하였다. 시험 발파에서, PETN이 점화되지 않는 2개의 불점화가 있었다. 8 내지 10 ms까지의 뇌관 작동 시간의 증가가 있었다.

실시예 2

외경 6.3 mm 및 벽두께 0.5 mm 및 길이 10 mm를 갖는 강철관을 사용하였다. 상기 관의 한 말단을 개방하였고 또 다른 말단에서는 직경 1 mm의 홀을 갖는 격막이 있었다.

점화 장약용 점화 장약을 상기 격막으로 압축한 다음, PETN 화약을 압축하였다.

슬랙이 없는 역전 조성물의 3개의 형태, 즉 Al 40 중량% + Fe₂O₃60 중량%; Al 20 중량% + Bi₂O₃80 중량%; 및 Al 30 중량% + Cu₂O 70 중량%를 사용하였다. 시험 결과에서, 모든 장약이 2차 PETN 화약을 점화시키는 거의 동일한 능력을 보였다. 일반적으로, 가장 양호한 점화는 PETN 밀도 1.3 g/m³에서 얻어졌고 또 점화가 약화되는 한계는 밀도 약 1.5 g/m³라고 말할 수 있다.

실시예 3

각각 길이 20 mm 및 내경 3 mm 및 외경 6 mm를 갖는 알루미늄관 형태의 20개의 발화 요소로 Ti 20 중량% + Bi₂O₃80 중량%를 칼럼 높이 5 mm까지 압축하였다. 이것에 인접하여 밀도 1.3 g/cm³를 갖는 PETN 칼럼을 압축하였다.

첨가제로서 점화 장약(예컨대 Ti 20% + Bi₂O₃80%)가 Fe₂O₃8%를 함유하는 것을 제외하고는, 20개의 발화 요소를 동일한 방법으로 제작하였다.

이 실험은 상기 발화 요소를 함유한 40개의 모든 뇌관이 베이스 장약의 정성적인 기폭과 함께 탁월하게 작용함을 보였다.

실시예 4

정전기 스파크에 대한 민감성에 대해 Ti 20 중량% + Bi₂O₃80 중량%로 구성된 점화 장약에 대한 첨가제 Fe₂O₃의 영향을 표준 시험 방법에 따라 검사하였다.

Ti 20 중량% + Bi₂O₃80 중량%의 단순한 장약의 민감성은 -0.5 mJ 이었다.

상기 장약에 Fe₂O₃2 내지 10 중량%를 부가하는 것은 장약의 민감성을 상당한 정도(-2 내지 5 mJ)까지 감소시켰고 또 점화 장약의 작동성에 대해서는 미미한 영향을 주었다.

Claims (40)

1. 한 말단에 2차 화약, 반대쪽 말단에 배치된 점화수단 및 점화 펄스를 점화수단으로부터 기폭시킬 베이스 장약으로 전환시키는 중간부의 점화 트레인을 포함하는 베이스 장약을 갖는 관체를 포함하는 뇌관에 있어서, 상기 점화 트레인은 주기율표의 2, 4 및 13족으로부터 선정된 금속연료 및 주기율표의 4 및 6주기로부터 선정된 금속산화물 형태의 산화제를 포함하는 점화 장약을 포함하고, 상기 금속연료는 금속산화물 산화제의 양을 감소시키기 위해 화학량론적으로 필요한 양에 비해 과량으로 존재하며, 상기 점화 장약은 상기 베이스 장약의 2차 화약을 점화시켜 대류 폭연 상태로 신뢰성있게 기폭시킬 수 있는 고압 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 뇌관.
2. 제 1항에 있어서, 금속연료가 금속산화물 산화제의 금속보다 0.5 볼트 이상, 바람직하게는 0.75 볼트 이상, 및 보다 바람직하게는 1 볼트 이상 더 전기음성적인 뇌관.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 금속연료가 주기율표의 3 및 4주기로부터 선정되는 뇌관.
4. 제 4항에 있어서, 금속연료가 Al 및 Ti으로부터 선정되는 뇌관.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나에 있어서, 금속산화물 산화제가 Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ba, W 및 Bi으로부터 선정된 금속을 포함하는 뇌관.
6. 제 5항에 있어서, 상기 금속이 Mn, Fe, Cu 및 Bi로부터 선정되는 뇌관.
7. 제 6항에 있어서, 상기 금속산화물이 MnO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu₂O, CuO, 및 Bi₂O₃

   로부터 선정되는 뇌관.
8. 제 6항에 있어서, 상기 금속연료-금속산화물 산화제 조합물이 Fe, Bi 또는 Cu의 산화물과 조합한 Al을 포함하는 뇌관.
9. 제 8항에 있어서, 상기 조합물이 Al-Fe₂O₃, Al-Bi₂O₃또는 Al-Cu₂O, 바람직하게는 Al-Fe₂O₃인 뇌관.
10. 제 6항에 있어서, 상기 금속연료-금속산화물 산화제 조합물이 Bi의 산화물과 조합한 Ti, 바람직하게는 Ti-Bi₂O₃를 포함하는 뇌관.
11. 제 1항 내지 제 10중 어느 하나에 있어서, 금속연료의 양이 금속산화물 산화제의 양을 감소시키기 위해 화학량론적으로 필요한 양의 1 이상 및 12 미만, 바람직하게는 6 미만, 보다 바람직하게는 4 미만인 뇌관.
12. 제 11항에 있어서, 금속연료의 양이 상기 화학량론적으로 필요한 양의 1.1 내지 6배인 뇌관.
13. 제 12항에 있어서, 금속연료의 양이 상기 화학량론적으로 필요한 양의 1.5 내지 4배인 뇌관.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 하나에 있어서, 금속연료의 퍼센트가 점화 장약 조성물 기준으로, 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 15 내지 35 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 25 중량%이고, 또 금속산화물 산화제는 90 내지 50 중량%, 바람직하게는 85 내지 65 중량%, 보다 바람직하게는 75 내지 65 중량%인 뇌관.
15. 제 14항에 있어서, 금속연료가 Al 15 내지 35 중량%이고 또 금속산화물 산화제가 Cu₂O 또는 Bi₂O₃65 내지 85 중량%인 뇌관.
16. 제 14항에 있어서, 금속연료가 Ti 15 내지 25 중량%, 바람직하게는 약 20 중량%이고 또 금속산화물 산화제가 Bi₂O₃75 내지 85 중량%, 바람직하게는 약 80 중량%인 뇌관.
17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 하나에 있어서, 상기 점화 장약이 이들의 연소 속도 0.001 내지 50 m/초, 바람직하게는 0.005 내지 10 m/초인 조성물을 갖는 뇌관.
18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 하나에 있어서, 상기 점화 장약이 2000^oK를 초과하는 온도를 갖는 조성물을 가지는 뇌관.
19. 제 18항에 있어서, 상기 점화 장약이 이들의 실제 연소 온도가 이상적인 연소 온도의 70%를 초과하는 조성물을 가지는 뇌관.
20. 제 1항 내지 제 19항에 있어서, 상기 점화 장약이 금속 및/또는 산화물 형태로 고형분 성분 첨가제를 함유하는 뇌관.
21. 제 20항에 있어서, 상기 첨가제가 상기 점화 장약 중량 기준으로 2 내지 30 중량%, 바람직하게는 4 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 6 내지 10 중량%와 같은 5 내지 15 중량%의 양으로 존재하는 뇌관.
22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서, 상기 첨가제가 금속연료 및 금속산화물 산화제 사이의 반응 생성물인 뇌관.
23. 제 20항 또는 제 21항에 있어서, 상기 첨가제가 입자 금속인 뇌관.
24. 제 23항에 있어서, 상기 금속이 점화 장약의 반응온도에서 고형분인 뇌관.
25. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 하나에 있어서, 상기 산화물이 Al, Si, Zn, Fe, Ti의 산화물 및 이들의 혼합물로부터 선정되는 뇌관.
26. 제 25항에 있어서, 상기 산화물이 알루미늄 산화물, 규소 산화물 또는 이들의 혼합물인 뇌관.
27. 제 25항에 있어서, 상기 산화물이 철 산화물, 특히 Fe₂O₃인 뇌관.
28. 제 20항 내지 제 24항 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속이 W, Ti, Ni 및 이들의 혼합물 및 합금으로부터 선정되는 뇌관.
29. 제 28항에 있어서, 상기 금속이 W 또는 W와 Fe의 혼합물 또는 합금인 뇌관.
30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 하나에 있어서, 상기 점화 장약이 압축되고 또 상기 2차 화약과 접촉하는 위치에 있는 뇌관.
31. 제 30항에 있어서, 상기 장약이 전환구간에서 밀폐기에 의해 둘러싸인 2차 화약과 접촉하는 위치에 있고, 베이스 장약 이전에 점화 트레인에 위치하는 뇌관.
32. 제 31항에 있어서, 상기 장약이 밀폐기에 위치하는 뇌관.
33. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 하나에 있어서, 상기 장약에 가장 근접한 2차 화약의 밀도가 2차 화약 결정 밀도의 60 내지 100% 및 바람직하게는 70 내지 99%인 뇌관.
34. 제 33항에 있어서, 상기 장약에 가장 근접한 2차 화약의 밀도가 2차 화약 결정 밀도의 40 내지 90% 및 바람직하게는 50 내지 80%인 뇌관.
35. 제 31항 내지 제 34항 중 어느 하나에 있어서, 전환구간에 있는 2차 화약이 기폭시킬 또다른 2차 화약을 향하는 충격기 디스크를 추진시키기 위한 공여 장약인 뇌관.
36. 제 31항 내지 제 34항 중 어느 하나에 있어서, 전환 장약에 있는 2차 화약이 기폭시킬 또다른 2차 화약을 향하여 채널을 통해 충격기 디스크을 추진시키기 위한 공여 장약인 뇌관.
37. 제 31항 내지 제 34항 중 어느 하나에 있어서, 전환 장약에 있는 2차 화약이 기폭 전환 체인으로 폭연하는 첫 부분이며, 상기 체인은 바람직하게는 첫 부분에서 보다 저밀도의 또다른 2차 화약을 함유하는 두 번째 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌관.
38. 제 1항 내지 제 37항 중 어느 하나에 있어서, 상기 베이스 장약이 단지 2차 화약인 뇌관.
39. 제 1항 내지 제 38항 중 어느 하나에 있어서, 상기 2차 화약이 펜타에리트리톨테트라니트레이트(PETN), 트리니트로페닐메틸니트라민(테트릴) 및 트리니트로톨루엔(TNT)로부터 선정되고 또 바람직하게는 PETN인 뇌관.
40. 주로 기폭시킬 2차 화약으로 구성된 장약의 점화를 위한 제 1항 내지 제 30항 중 어느 하나에 정의된 점화 장약의 용도.