NO175586B

NO175586B - Pyrotechnic material, pyrotechnic delay element and pyrotechnic element

Info

Publication number: NO175586B
Application number: NO913599A
Authority: NO
Inventors: Frederick George Allford
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1994-07-25
Also published as: NO913599D0; NO175586C; NO913599L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører pyrotekniske materialer. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelse pyrotekniske forsinkelseselementer omfattende nevnte pyrotekniske materialer, samt pyrotekniske elementer omfattende nevnte pyrotekniske materialer. The present invention relates to pyrotechnic materials. Furthermore, the present invention relates to pyrotechnic delay elements comprising said pyrotechnic materials, as well as pyrotechnic elements comprising said pyrotechnic materials.

Disse og andre trekk fremgår av de etterfølgende patentkrav. These and other features appear in the subsequent patent claims.

De pyrotekniske materialer er særlig men ikke utelukkende egnet for bruk i pyrotekniske elementer som enkelt- og multielement forsinkelsessystemer. The pyrotechnic materials are particularly, but not exclusively, suitable for use in pyrotechnic elements such as single and multi-element delay systems.

Det er vel kjent at en lang rekke pyrotekniske materialer kan fremstilles i granulert form ved omhyggelig utvelgelse, fremstilling og sammenblanding av oksyderende og oksyderbare materialer i spesifikke forhold for a oppnå ønskede brenn-egenskaper. Typisk blant slike kjente granulerte kombinasjoner er oksyderende polymerer (som fluor- og klorfluor-hydrokarbonpolymerer) og oksyderbare metaller (som magnesium) som i blanding anvendes som tennere for drivmiddelladninger og som blussblandinger for emittering av infrarøde og røksig-naler. Pyrotekniske blandinger av denne type er omhandlet i f.eks. US-PS 3.669.02 0 og 3.983.816, og US Statutory Invention Registration H169. It is well known that a wide range of pyrotechnic materials can be produced in granular form by careful selection, production and mixing of oxidizing and oxidizable materials in specific conditions to achieve the desired burning properties. Typical among such known granular combinations are oxidizing polymers (such as fluorine and chlorofluorohydrocarbon polymers) and oxidizable metals (such as magnesium) which in mixture are used as igniters for propellant charges and as flare mixtures for emitting infrared and smoke signals. Pyrotechnic mixtures of this type are discussed in e.g. US-PS 3,669,02 0 and 3,983,816, and US Statutory Invention Registration H169.

Granulerte pyrotekniske blandinger av typen bestående av polymer/metallblandinger lider av et antall ulemper. De er generelt vanskelige å tenne, og særlig når høyenergibestand-deler er utvalgt som f.eks. magnesium og polytetrafluoretylen (PTFE). Stor omhyggelighet må utvises ved utvelgelse av bestanddeler med korrekt partikkelstørrelse og form, ved blanding av bestanddelene i det riktige forhold og ved kompak-tering av blandingen til den riktige densitet i det ferdige produkt ettersom alle disse faktorer kan ha en vesentlig virkning på brennegenskåpene. Slike granulerte blandinger kan være ytterst farlige å håndtere, ettersom de har tendens til spondan antennelse under fremstillingen og videre behandling til sluttproduktet. Dette nødvendiggjør fremstillingsbetin-geiser i rene rom og anvendelse av andre omstendelige og tidkrevende sikkerhetsprosedyrer. Videre har de visse begrensninger i forhold til andre typer av granulerte pyrotekniske blandinger ved at de generelt har høye brennhastigheter som gjør dem uegnet for bruk i enkelt- eller dobbeltelement pyrotekniske forsinkelsessystemer for initiering av en operasjon eller kompleks sekvens av operasjoner i (f.eks.) en rakett. Granular pyrotechnic mixtures of the type consisting of polymer/metal mixtures suffer from a number of disadvantages. They are generally difficult to ignite, and especially when high-energy stock parts are selected such as e.g. magnesium and polytetrafluoroethylene (PTFE). Great care must be exercised in selecting components with the correct particle size and shape, in mixing the components in the correct ratio and in compacting the mixture to the correct density in the finished product as all these factors can have a significant effect on the combustion properties. Such granulated mixtures can be extremely dangerous to handle, as they tend to spontaneously ignite during manufacture and further processing into the final product. This necessitates manufacturing conditions in clean rooms and the application of other elaborate and time-consuming safety procedures. Furthermore, they have certain limitations compared to other types of granular pyrotechnic mixtures in that they generally have high burning rates which make them unsuitable for use in single or dual element pyrotechnic delay systems for initiating an operation or complex sequence of operations in (e.g. ) a rocket.

Konvensjonelt er pyrotekniske forsinkelsessystemer oppbygget fra kjente forsinkelseslunter omfattende blyrør som først fylles med en fremstilt pyroteknisk blanding. De fylte rør blir så fintørket, kuttet til lengde, formet og montert manuelt med passende koblingskomponenter. Hele prosessen er langvarig og operatøravhengig, har høye verktøyomkostninger og ettersom det anvendes granulerte blandinger kreves montering i rene rom, og prosessen kan være farlig. Bruk av slike blyrør i multielement forsinkelsessystemer er ytterligere ufordelak-tig ved at det foreligger et antall uønskede grenseflater og ukonsistente brenntider. Videre vil de forholdsvis store mengder av pyroteknisk material nødvendig pr. lengdeenhet av røret ha tendens til å smelte blyrøret og frembringe uønskede høye gasstrykk under brenning av blandingen og dette kan skade andre elementer i nærheten av forsinkelsessystemet som f.eks. plastmaterialhus. Conventionally, pyrotechnic delay systems are built up from known delay fuses comprising lead pipes which are first filled with a prepared pyrotechnic mixture. The filled pipes are then finely dried, cut to length, shaped and assembled by hand with suitable coupling components. The whole process is lengthy and operator-dependent, has high tool costs and, as granulated mixtures are used, assembly in clean rooms is required, and the process can be dangerous. The use of such lead pipes in multi-element delay systems is further disadvantageous in that there are a number of undesirable interfaces and inconsistent burning times. Furthermore, the relatively large quantities of pyrotechnic material required per length unit of the pipe tend to melt the lead pipe and produce undesired high gas pressures during burning of the mixture and this can damage other elements near the delay system such as e.g. plastic material housing.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et pyroteknisk material hvorved de nevnte ulemper med granulerte pyrotekniske blandinger overvinnes eller i det minste delvis avhjelpes. It is an object of the present invention to provide a pyrotechnic material whereby the aforementioned disadvantages of granulated pyrotechnic mixtures are overcome or at least partially remedied.

Det er et ytterligere formål for oppfinnelsen å tilveiebringe et pyroteknisk element, særlig et pyroteknisk forsinkelseselement, hvorved de ovennevnte ulemper med å anvende granulerte pyrotekniske blandinger i slike elementer overvinnes eller i det minste delvis avhjelpes. It is a further object of the invention to provide a pyrotechnic element, in particular a pyrotechnic delay element, whereby the above-mentioned disadvantages of using granulated pyrotechnic mixtures in such elements are overcome or at least partially remedied.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således et pyroteknisk material, som er kjennetegnet ved at det på et substrat av et oksyderende polymert material er dampavsatt minst ett lag av et oksyderbart metallisk material ved minst en lokalitet på overflaten av substratet, idet laget eller lagene er minst 3 Jim tykke og de forenede polymere og metalliske materialer sammen er i stand til å reagere eksotermisk ved antennelse. The present invention thus relates to a pyrotechnic material, which is characterized in that at least one layer of an oxidizable metallic material is vapor deposited on a substrate of an oxidizing polymeric material at at least one location on the surface of the substrate, the layer or layers being at least 3 Jim thick and the combined polymeric and metallic materials together are capable of exothermic reaction upon ignition.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et pyroteknisk element, som er kjennetegnet ved at det omfatter to pyrotekniske elementer av pyroteknisk material i kontakt med hverandre i flate-mot-flateanordning, idet de motliggende overflater av de polymere substrater av elementene avgrenser ett eller flere spor mellom elementene inneholdende motstående dampavsatte lag av det oksyderbare metalliske material. The present invention also relates to a pyrotechnic element, which is characterized by the fact that it comprises two pyrotechnic elements of pyrotechnic material in contact with each other in a face-to-face arrangement, the opposing surfaces of the polymeric substrates of the elements defining one or more grooves between the elements containing opposing vapor deposited layers of the oxidizable metallic material.

Fordelen med dampavsetning er at den maksimaliserer molekylær sammenfloking av det polymere og metalliske material ved deres grenseflate til å gi et stort, intimt og hovedsakelig hulrom-fritt kontaktareal mellom disse to. Det resulterende pyrotekniske material fremviser betraktelig motstand mot spontan antennelse. Styrt antennelse av de sammenførte oksyderende og oksyderbare materialer ved en hvilken som helst selektert lokalitet initierer en selvunderholdende eksotermisk reaksjon mellom de to materialer og denne går frem sideveis langs grenseflaten. Intim grenseflatekontakt forbedres ytterligere ved naturen av dampavsetningsprosesser som konvensjonelt gjennomføres i hovedsakelig oksygenfrie omgivelser som f.eks. et vakuum eller en lavtrykks inert atmosfære, slik at dan-nelsen av en inhiberende film av metalloksyd mellom det metalliske og polymere material hindres. Dette gjør i sin tur det foreliggende pyrotekniske material lettere å antenne enn sine granulerte motstykker. Videre sikrer dampavsetning at de fordelaktige egenskaper av det polymere substratutgangs-material (som bøyelighet, styrke og seighet) ikke vesentlig nedsettes under fremstillingen av det pyrotekniske produkt. The advantage of vapor deposition is that it maximizes molecular entanglement of the polymeric and metallic material at their interface to provide a large, intimate and substantially void-free contact area between the two. The resulting pyrotechnic material exhibits considerable resistance to spontaneous ignition. Controlled ignition of the combined oxidizing and oxidizable materials at any selected location initiates a self-sustaining exothermic reaction between the two materials and this proceeds laterally along the interface. Intimate interface contact is further enhanced by the nature of vapor deposition processes which are conventionally carried out in mainly oxygen-free environments such as e.g. a vacuum or a low-pressure inert atmosphere, so that the formation of an inhibiting film of metal oxide between the metallic and polymeric material is prevented. This in turn makes the present pyrotechnic material easier to ignite than its granulated counterparts. Furthermore, vapor deposition ensures that the advantageous properties of the polymeric substrate starting material (such as flexibility, strength and toughness) are not significantly reduced during the manufacture of the pyrotechnic product.

Substratet kan fremstilles fra ett eller flere av en rekke forskjellige polymere materialer som foretrukket er bøyelige. For å muliggjøre at en eksotermisk reaksjon foregår mellom det metalliske material og substratet, må det polymere material inneholde et atom som er kjemisk bundet til polymerstrukturen og som er i stand til å oksydere metallet, og egnede atomer inkluderer halogener (som foretrekkes, særlig fluor), oksygen, svovel, nitrogen og fosfor. The substrate can be made from one or more of a number of different polymeric materials which are preferably flexible. To enable an exothermic reaction to take place between the metallic material and the substrate, the polymeric material must contain an atom which is chemically bound to the polymer structure and which is capable of oxidizing the metal, and suitable atoms include halogens (which are preferred, particularly fluorine) , oxygen, sulphur, nitrogen and phosphorus.

Substratet er foretrukket fullstendig eller delvis fremstilt av en halogenert polymer. Substratet kan i sin helhet være fremstilt fra en slik halogenert polymer eller kan alternativt være fremstilt av en blanding av en halogenert polymer og en eller flere andre polymerer og/eller kan alternativt ha et overflatelag fremstilt helt eller delvis av en halogenert polymer. For å tilveiebringe en høyenergi polymer/metallkom-binasjon i det foreliggende pyrotekniske material er den halogenerte polymer foretrukket en fluorpolymer eller en fluorklorpolymer, spesielt en fluoralkylenpolymer eller en fluorkloralkylenpolymer. Den mest foretrukne polymer er polytetrafluoretylen (PTFE) som er i stand til å gi det pyrotekniske material med høyeste energiinnhold. Andre egnede polymerer kjent å reagere eksotermisk med metallbrennstoffer som f.eks. Mg inkluderer polyheksafluorpropylen, kopolymerer av vinylidenfluorid og heksafluorpropylen, kopolymerer av tetrafluoretylen og perfluorpropylen, kopolymerer av klortri-fluoretylen og vinylidenfluorid, homopolymerer av perfluorpropylen og dets kopolymerer med vinylidenfluorid, trifluorklor-etylenhomopolymer og dens kopolymerer med vinylidenfluorid, og blandinger av to eller flere slike polymerer med hverandre eller med PTFE. The substrate is preferably completely or partially produced from a halogenated polymer. The substrate can be entirely made from such a halogenated polymer or can alternatively be made from a mixture of a halogenated polymer and one or more other polymers and/or can alternatively have a surface layer made entirely or partially from a halogenated polymer. In order to provide a high-energy polymer/metal combination in the present pyrotechnic material, the halogenated polymer is preferably a fluoropolymer or a fluorochloropolymer, especially a fluoroalkylene polymer or a fluorochloroalkylene polymer. The most preferred polymer is polytetrafluoroethylene (PTFE) which is able to provide the pyrotechnic material with the highest energy content. Other suitable polymers known to react exothermically with metal fuels such as e.g. Mg includes polyhexafluoropropylene, copolymers of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, copolymers of tetrafluoroethylene and perfluoropropylene, copolymers of chlorotrifluoroethylene and vinylidene fluoride, homopolymers of perfluoropropylene and its copolymers with vinylidene fluoride, trifluorochloroethylene homopolymer and its copolymers with vinylidene fluoride, and mixtures of two or more such polymers with each other or with PTFE.

Tykkelsen og sammensetningen av metallmateriallaget velges til å sikre pålitelige og konsistente sideveis progresjonsegenskaper for den eksotermiske reaksjon. Hvis laget er for tykt kan selve reaksjonen slukke på grunn av for stor varmeledning bort fra grenseflaten og inn i selve metallaget, mens derimot hvis laget er for tynt vil da utilstrekkelig varme bli utviklet ved reaksjonen til å underholde sideveis progresjon. Av denne grunn er laget foretrukket fra 3 til 100 Jim tykt, mest foretrukket fra 3 til 50 Jim tykt. The thickness and composition of the metal material layer is chosen to ensure reliable and consistent lateral progression characteristics for the exothermic reaction. If the layer is too thick, the reaction itself can be extinguished due to excessive heat conduction away from the interface and into the metal layer itself, while on the other hand, if the layer is too thin, insufficient heat will be developed by the reaction to entertain lateral progression. For this reason, the layer is preferably from 3 to 100 µm thick, most preferably from 3 to 50 µm thick.

Det metalliske materiallag eller lagene kan omfatte et enkelt metall, eller to eller flere metaller samavsatt som en legering. Det utvalgte material er foretrukket et metall som gir et høyt varmeutbytte når det undergår eksotermisk reaksjon med den oksyderende polymer, særlig med en halogenert polymer. Av denne grunn er det særlig foretrukket at metallmateriallaget eller lagene omfatter magnesium eller en magnesiumlegering f.eks. med litium, idet dette er en legering som undergår en mer eksotermisk reaksjon med den type av polymermaterialer som er nevnt i det foregående enn magnesium alene, eller med aluminium. Det metalliske materiallag kan omfatte et alternativt metall eller en legering derav, særlig et alternativt metall kjent å reagere med halogenerte polymerer, som bor, beryllium, kalsium, strontium, barium, natrium, litium, aluminium, titan eller zirkonium. Et lag av magnesium eller magnesiumlegering med tykkelse 3 til 50 Jim, spesielt 5 til 2 5 Jim tykt, foretrekkes, f.eks. avsatt på PTFE som beskrevet i det foregående. Dampavsetning av Mg eller en Mg-legering på en fluorert polymer er funnet å være særlig fordelaktig på grunn av at det dannes et særlig fastsittende metallisk lag, sannsynligvis delvis på grunn av at en grad av kjemisk binding finner sted ved grenseflaten under dampavsetningen. The metallic material layer or layers may comprise a single metal, or two or more metals deposited together as an alloy. The selected material is preferably a metal which gives a high heat yield when it undergoes an exothermic reaction with the oxidizing polymer, in particular with a halogenated polymer. For this reason, it is particularly preferred that the metal material layer or layers comprise magnesium or a magnesium alloy, e.g. with lithium, this being an alloy which undergoes a more exothermic reaction with the type of polymer materials mentioned above than magnesium alone, or with aluminium. The metallic material layer may comprise an alternative metal or an alloy thereof, in particular an alternative metal known to react with halogenated polymers, such as boron, beryllium, calcium, strontium, barium, sodium, lithium, aluminium, titanium or zirconium. A layer of magnesium or magnesium alloy 3 to 50 µm thick, especially 5 to 2 5 µm thick, is preferred, e.g. deposited on PTFE as described above. Vapor deposition of Mg or a Mg alloy onto a fluorinated polymer has been found to be particularly advantageous due to the formation of a particularly adherent metallic layer, probably in part due to a degree of chemical bonding taking place at the interface during vapor deposition.

For å moderere den eksotermiske reaksjon kan det metalliske material avsettes som to eller flere lag, med nabolag med et dampavsatt mellomliggende lag av et modererende material (som f.eks. bly) som ikke lett reagerer eksotermisk med substratet. In order to moderate the exothermic reaction, the metallic material may be deposited as two or more layers, interspersed with a vapor-deposited intermediate layer of a moderating material (such as lead) which does not readily react exothermicly with the substrate.

Det pyrotekniske material i samsvar med oppfinnelsen kan fremstilles under anvendelse av generelle metoder med dampavsetning på substrater og som er vel kjente innen avsetnings-teknikken. Den foretrukne avsetningsmetode for metaller er fysisk dampfaseavsetning, hvori en damp av lagmaterialet, som f.eks. et metall som magnesium, bringes til å kondensere på overflaten av substratene. Hvis det metalliske materiallag er en legering må to eller flere metaller dampavsettes samtidig på substratet. Avsetning kan gjennomføres i vakuum eller i en lavtrykks (underatmosfærisk) atmosfære av en inert gass som f.eks. argon. The pyrotechnic material in accordance with the invention can be produced using general methods with vapor deposition on substrates and which are well known within the deposition technique. The preferred deposition method for metals is physical vapor phase deposition, in which a vapor of the layer material, such as a metal such as magnesium is caused to condense on the surface of the substrates. If the metallic material layer is an alloy, two or more metals must be vapor deposited simultaneously on the substrate. Deposition can be carried out in a vacuum or in a low-pressure (sub-atmospheric) atmosphere of an inert gas such as e.g. argon.

For noen nyttige anvendelser av det foreliggende pyrotekniske material er det ønskelig at det polymere substrat hovedsakelig forbrukes ved den eksotermiske reaksjon for å fremme maksimal varmeutvikling for den anvendte mengde pyroteknisk material. Ved disse anvendelser tilføres substratet foretrukket i form av en film av material, spesielt en fleksibel film, for å sikre at fullstendig forbrenning finner sted. En spesielt foretrukket form er et bånd av bøyelig film, som har den fordel at det kan vikles opp f.eks. på en sylindrisk spole for lagring og (for visse anvendelser) etterfølgende bruk. For some useful applications of the present pyrotechnic material, it is desirable that the polymeric substrate is mainly consumed by the exothermic reaction in order to promote maximum heat development for the amount of pyrotechnic material used. In these applications, the substrate is preferably supplied in the form of a film of material, especially a flexible film, to ensure that complete combustion takes place. A particularly preferred form is a strip of flexible film, which has the advantage that it can be wound up, e.g. on a cylindrical coil for storage and (for certain applications) subsequent use.

Når substratet er i form av en film belegges filmen på minst en overflate med det metalliske material. Det er imidlertid mer foretrukket å avsette metalliske lag på begge sider av filmen for å danne et komposittmaterial av metallisk material-polymert material-metallisk material. Denne foretrukne kom-posittanordning har fordelen med å redusere oppbygningen av statiske elektriske ladninger på den ellers eksponerte overflate av det polymere material og således redusere muligheten for tilfeldig antennelse av det pyrotekniske material. Anordningen har også fordelen med å doble kontaktarealet mellom de metalliske og polymere materialer slik at de sideveis progresjonsegenskaper for den eksotermiske reaksjon forbedres. When the substrate is in the form of a film, the film is coated on at least one surface with the metallic material. However, it is more preferred to deposit metallic layers on both sides of the film to form a composite material of metallic material-polymeric material-metallic material. This preferred composite device has the advantage of reducing the build-up of static electric charges on the otherwise exposed surface of the polymeric material and thus reducing the possibility of accidental ignition of the pyrotechnic material. The device also has the advantage of doubling the contact area between the metallic and polymeric materials so that the lateral progression properties of the exothermic reaction are improved.

Foretrukket er de relative mengdeandeler mellom substratfilm og metallisk material slik at i det minste ved den lokalitet av filmen som ligger under laget eller lagene av metallisk material, er mengdeforholdet mellom substrat og metallisk material hovedsakelig støkiometrisk for den eksotermiske reaksjon, men variasjon av de relative mengdeandeler på foretrukket innenfor ±2 0 % av de støkiometriske mengder kan anvendes for å styre forbrenningstakten. Tykkelsen av filmen bestemmes generelt ut fra praktiske betraktninger. Hvis filmen er for tykk kan ikke dens fullstendige forbrenning sikres mens derimot fabrikasjonskrav generelt vil bestemme minimumstykkelsen hvormed filmen kan fremstilles. Av disse grunner er filmtykkelsen foretrukket mellom 5 og 200 (im, mer foretrukket mellom 10 og 100 |Xm. The relative proportions between substrate film and metallic material are preferred so that at least at the location of the film which lies below the layer or layers of metallic material, the proportion between substrate and metallic material is mainly stoichiometric for the exothermic reaction, but variation of the relative proportions preferably within ±20% of the stoichiometric amounts can be used to control the combustion rate. The thickness of the film is generally determined based on practical considerations. If the film is too thick, its complete combustion cannot be ensured, while, on the other hand, fabrication requirements will generally determine the minimum thickness with which the film can be produced. For these reasons, the film thickness is preferably between 5 and 200 µm, more preferably between 10 and 100 µm.

Det foreliggende pyrotekniske material av belagt film har flere anvendelser. Ved en anvendelse kan materialet anvendes som et tennoverføringsmiddel. Et slikt middel vil generelt omfatte en eller flere langstrakte strimler av material innesluttet i en omhyllende hylse, foretrukket en varmkrympet plasthylse. Mykhet og bøyelighet av filmen gir middelet de ønskede egenskaper med robusthet, bøyelighet og pålitelighet. Videre, hvis filmen er fremstilt av en hovedsakelig hydrogen-fri polymer som PTFE, vil den eksotermiske reaksjon mellom filmen og det eller de metalliske lag være hovedsakelig gassløs, slik at hvis den omgivende hylse gjøres sterk nok, vil den inneholde forbrenningsproduktene uten brudd. Typisk er mengden anvendt pyroteknisk material 0,05 til 10 g, foretrukket 0,1 til 5 g pr. m middel. The present pyrotechnic material of coated film has several applications. In one application, the material can be used as a fire transfer agent. Such a means will generally comprise one or more elongated strips of material enclosed in an enveloping sleeve, preferably a heat-shrunk plastic sleeve. Softness and flexibility of the film give the agent the desired properties of robustness, flexibility and reliability. Furthermore, if the film is made of a substantially hydrogen-free polymer such as PTFE, the exothermic reaction between the film and the metallic layer(s) will be substantially gasless, so that if the surrounding sleeve is made strong enough, it will contain the combustion products without rupture. Typically, the amount of pyrotechnic material used is 0.05 to 10 g, preferably 0.1 to 5 g per m means.

Ved en ytterligere anvendelse av det foreliggende belagte filmmaterial kan dette spiralvikles på seg selv til en oppspolet konfigurasjon som er funnet egnet for bruk som en drivmiddelladning. En sylindrisk rull er ideelt formet for å passe inn i det typisk sylindriske indre av et rakettmotorhus. Brennhastighetene for spiralt viklede belagte filmmaterialer er typisk mange ganger den hastighet som kan oppnås ved konvensjonelle faste drivmidler for rakettmotorer, slik at de er mest nyttige ved anvendelser hvor meget hurtige missil-akselerasjoner kreves, som f.eks. i kortdistanserakettav-fyringssystemer og/eller i kanoner med mindre rekyl. Videre, hvis kombinasjonen av metallisk/polymert material velges til å frembringe en hovedsakelig gassløs eksotermisk reaksjon vil forbrenningsproduktene kondensere hurtig og således redusere utblåsningsvirkningene i den umiddelbare nærhet av missilav-fyringen. Antallet av filmviklinger vil påvirke brennhastigheten på grunn av at ettersom de øker vil massen av film bli økende avgrenset av overliggende material for å frembringe en generell økning i brennhastigheten. In a further application of the present coated film material, it can be spirally wound upon itself into a coiled configuration which has been found suitable for use as a propellant charge. A cylindrical roller is ideally shaped to fit into the typically cylindrical interior of a rocket motor housing. The burn rates for helically wound coated film materials are typically many times the rate achievable with conventional solid propellants for rocket engines, so they are most useful in applications where very fast missile accelerations are required, such as in short-range rocket-launching systems and/or in guns with less recoil. Furthermore, if the metallic/polymeric material combination is chosen to produce a substantially gasless exothermic reaction, the combustion products will condense rapidly and thus reduce the blowout effects in the immediate vicinity of the missile firing. The number of film windings will affect the burn rate because as they increase the mass of film will be increasingly bounded by overlying material to produce an overall increase in burn rate.

Hvis filmen er belagt på begge sider og er viklet opp sammen med en annen, isolerende film, kan da ladningen anvendes som en elektrisk kondensator hvor de metalliske materiallag virker som separate kondensatorplater, og kan således opplades elektrisk for lagring av elektrisk energi som kreves for dens egen antennelse. En lignende virkning kan frembringes ved å rulle sammen to filmer av materialet, den ene anbragt over den andre, idet begge filmer er belagt bare på en side og hvert metallisk materialbelegg vender mot den ubelagte side av den nærliggende film i kontakt med det metalliske material. Ved analogi kan en lignende virkning frembringes ved å stable flere belagte filmer på hverandre med mellomliggende lag av isolerende film når dette passer for å frembringe en plan platekondensator. If the film is coated on both sides and is wound up together with another, insulating film, then the charge can be used as an electrical capacitor where the metallic material layers act as separate capacitor plates, and can thus be electrically charged for the storage of electrical energy required for its own ignition. A similar effect can be produced by rolling together two films of the material, one placed over the other, both films being coated on one side only and each metallic material coating facing the uncoated side of the adjacent film in contact with the metallic material. By analogy, a similar effect can be produced by stacking several coated films on top of each other with intermediate layers of insulating film when appropriate to produce a planar plate capacitor.

For anvendelsen av det foreliggende pyrotekniske material i et pyroteknisk element er det foretrukket at det polymere material understøttes på et ytterligere substrat eller er tilstede i betraktelig overskudd utover det som kreves for å underholde den eksotermiske reaksjon med det metalliske materiallag, for at substratet skal bibeholde sin mekaniske integritet når det metalliske materiallag er blitt forbrukt. Et polymert substrat i form av et ark eller plate med en tykkelse på minst 1 mm, foretrukket minst 2 mm, vil normalt være nødvendig under disse forhold. For the use of the present pyrotechnic material in a pyrotechnic element, it is preferred that the polymeric material is supported on a further substrate or is present in considerable excess beyond what is required to sustain the exothermic reaction with the metallic material layer, in order for the substrate to retain its mechanical integrity when the metallic material layer has been consumed. A polymeric substrate in the form of a sheet or plate with a thickness of at least 1 mm, preferably at least 2 mm, will normally be required under these conditions.

Ved en slik anvendelse, som vedrører anvendelse av det foreliggende pyrotekniske material i et forsinkelseselement, er ett eller flere lag av metallisk material foretrukket over-dekket med et reaktivt laminat omfattende et flertall filmer av et oksyderbart material med vekselvise lag av et flertall filmer av et oksyderende material, hvert deretter dampavsatt på det metalliske materiallag, idet de nevnte to materialer inne i filmene sammen er i stand til å reagere eksotermisk ved antennelse. Formålet er her generelt å tilveiebringe et forsinkelseselement med en forholdsvis lav brennhastighet idet materialene i filmene sammen er utvalgt til å ha en mer sakte sideveis progresjon av sin felles eksotermiske reaksjon enn progresjonen av den underliggende metalliske og polymere materialkombinasjon slik at varmen overført fra den underliggende hurtigere eksotermiske reaksjon i laminatet anvendes for å hjelpe til med å underholde den overliggende sakte eksotermiske reaksjon innen det reaktive laminat. For å tilveiebringe en tilstrekkelig varmekilde for det reaktive laminat er tykkelsen av ett eller flere metalliske materiallag foretrukket større enn den gjennomsnittlige filmtykkelse av filmene i laminatet. Det overliggende laminat vil generelt ha en lavere spesifikk forbrenningsvarme enn den underliggende metall/polymerkombinasjon og det er overraskende funnet at det primært er dette laminat og ikke den underliggende metall/- polymerkombinasjon som styrer brennhastigheten av forsin-kelseselementet. Foretrukne kombinasjoner av materialer i det reaktive laminat som har forholdsvis lave brennhastigheter er metall/uorganiske oksydasjonsmiddelkombinasjoner som f.eks. titan/blyoksyd, titan/bor og andre metall/metalloksydkombina-sjoner som kan undergå en reaksjon av "termitt"-typen. På denne måte behøver langt færre filmer avsettes for å tilveiebringe en selvunderholdende eksotermisk reaksjon i det reaktive laminat enn hvis dette ble avsatt på et passivt, isolerende substrat, idet antallet av de nevnte filmer i det foreliggende reaktive laminat er foretrukket fra fire til femti, mest foretrukket fra seks til tyve. Videre fremviser det reaktive laminat generelt forbedret vedhefting til et metallisk underliggende lag enn til et isolerende material som f.eks. et keramisk material eller en polymer. In such an application, which relates to the use of the present pyrotechnic material in a delay element, one or more layers of metallic material is preferably covered with a reactive laminate comprising a plurality of films of an oxidizable material with alternating layers of a plurality of films of a oxidizing material, each then vapor deposited on the metallic material layer, the aforementioned two materials inside the films together being able to react exothermically upon ignition. The purpose here is generally to provide a delay element with a relatively low burning rate as the materials in the films together are selected to have a slower lateral progression of their common exothermic reaction than the progression of the underlying metallic and polymeric material combination so that the heat transferred from the underlying faster exothermic reaction in the laminate is used to help entertain the overlying slow exothermic reaction within the reactive laminate. In order to provide a sufficient heat source for the reactive laminate, the thickness of one or more metallic material layers is preferably greater than the average film thickness of the films in the laminate. The overlying laminate will generally have a lower specific heat of combustion than the underlying metal/polymer combination and it has surprisingly been found that it is primarily this laminate and not the underlying metal/polymer combination that controls the burning rate of the delay element. Preferred combinations of materials in the reactive laminate which have relatively low burning rates are metal/inorganic oxidizing agent combinations such as e.g. titanium/lead oxide, titanium/boron and other metal/metal oxide combinations which may undergo a "thermite" type reaction. In this way, far fewer films need to be deposited to provide a self-sustaining exothermic reaction in the reactive laminate than if this were deposited on a passive, insulating substrate, the number of said films in the present reactive laminate being preferably from four to fifty, most preferably from six to twenty. Furthermore, the reactive laminate generally exhibits improved adhesion to a metallic underlying layer than to an insulating material such as e.g. a ceramic material or a polymer.

Foretrukket blir hver film av det reaktive laminat sekvensmessig avsatt på det metalliske materiallag ved hjelp av vakuum-avsetning eller sputring, idet avsetningsprosessen styres for å sikre at tykkelsen av hver film er av hovedsakelig molekykær størrelsesorden og mest foretrukket ikke mer enn 2 fim, for å maksimalisere molekylær sammenfloking av filmmaterialene i hele tykkelsen av laminatet. Laminatet kan videre inkludere en eller flere filmer av et inert modererende material som f.eks. silisium, som selektivt legges inn i de nevnte to flertall av filmer under avsetningsprosessen slik at de sideveis progresjonsegenskaper av den eksotermiske reaksjon inne i laminatet modereres slik at det oppnås en ønsket brennhastighet og/eller en ønsket følsomhet overfor anten-nelsesstimulering fra (f.eks.) en elektrisk strømkilde. Preferably, each film of the reactive laminate is sequentially deposited on the metallic material layer by means of vacuum deposition or sputtering, the deposition process being controlled to ensure that the thickness of each film is of essentially molecular size and most preferably no more than 2 µm, in order to maximizing molecular entanglement of the film materials throughout the thickness of the laminate. The laminate can further include one or more films of an inert moderating material such as e.g. silicon, which is selectively incorporated into the aforementioned two majority of films during the deposition process so that the lateral progression characteristics of the exothermic reaction inside the laminate are moderated so that a desired burning rate and/or a desired sensitivity to ignition stimulation from (e.g. .) an electrical current source.

De sideveis dimensjoner av det reaktive laminat velges til å avgrense bredde og lengde av en reaksjonsprogresjonsbane. Disse kan bestemmes ved konfigurasjonen av selve substratet. F.eks. kan filmene avsettes på en hel overflate av et metall-belagt plant substrat og deretter behandles ved hjelp av kjente trykte kretsmetoder for å frembringe en hvilken som helst ønsket konfigurasjon av progresjonsbanene. Ved en ytterligere alternativ metode kan det plane substrat maskeres før avsetningen av det metalliske lag, slik at avsetning av laget og etterfølgende avsetning av laminatet i bare den ønskede konfigurasjon tillates. Hvilket som helst av disse siste to plane metoder er særlig fordelaktig for fremstilling av komplekse multielementsystemer, ettersom den integrale avsetning av alle progresjonsbanene i systemet gjort mulig på denne måte eliminerer behovet for uønskede grenseflater mellom progresjonsbaner. En plan anordning foretrekkes også når forseglet avgrensing av progresjonsbanene er nødvendig, idet et overliggende dekke av et inert material, foretrukket med lav termisk ledningsevne, lett kan forsegles til substratet. Slik avgrensning virker både til å inneslutte reaksjonen og følgelig også brennhastigheten. Følgelig kan nærheten av inneslutningen varieres til å tilveiebringe ytterligere styring av progresjonsegenskapene. The lateral dimensions of the reactive laminate are chosen to define the width and length of a reaction progression path. These can be determined by the configuration of the substrate itself. E.g. the films can be deposited on an entire surface of a metal-coated planar substrate and then processed using known printed circuit methods to produce any desired configuration of the progression paths. In a further alternative method, the planar substrate can be masked before the deposition of the metallic layer, so that deposition of the layer and subsequent deposition of the laminate in only the desired configuration is permitted. Either of these last two planar methods is particularly advantageous for the production of complex multi-element systems, as the integral deposition of all progression paths in the system made possible in this way eliminates the need for unwanted interfaces between progression paths. A planar device is also preferred when sealed demarcation of the progression paths is necessary, as an overlying cover of an inert material, preferably with low thermal conductivity, can easily be sealed to the substrate. Such demarcation works both to contain the reaction and consequently also the burning rate. Accordingly, the proximity of the confinement can be varied to provide further control of the progression characteristics.

Ved en ytterligere anvendelse av det foreliggende pyrotekniske material i et pyroteknisk element, i dette tilfelle et enkelt-eller multielement tennoverføringssystem, er to substrater av oksyderende polymert material i kontakt med hverandre i en overflate-til-overflateanordning, idet de motliggende overliggende overflater av substratene avgrenser ett eller flere spor mellom seg inneholdende motstående lag av det metalliske material hvert avsatt på sitt respektive assosierte substrat. De valgte sideveis dimensjoner av en eller flere spor defi-nerer bredden og lengden av den ønskede reaksjonsprogresjonsbane. Tenning av disse lag ved en hvilken som helst ønsket lokalitet frembringer en eksotermisk reaksjon som går sideveis fremover langs en eller flere spor begrenset mellom substratene (som foretrukket er plane), men uten nødvendigvis å forstyrre selve substratene hvis disse har betraktelig tykkelse og/eller er understøttet av andre understøttende strukturer. Hvor systemet har to eller flere forbundne spor, kan integral avsetning av disse spor anvendes under unngåelse av behov for uønskede mellomkoblinger. In a further application of the present pyrotechnic material in a pyrotechnic element, in this case a single or multi-element ignition transfer system, two substrates of oxidizing polymeric material are in contact with each other in a surface-to-surface arrangement, the opposing overlying surfaces of the substrates delimits one or more tracks between them containing opposite layers of the metallic material each deposited on its respective associated substrate. The chosen lateral dimensions of one or more tracks define the width and length of the desired reaction progression path. Ignition of these layers at any desired location produces an exothermic reaction which proceeds laterally along one or more tracks confined between the substrates (which are preferably planar), but without necessarily disturbing the substrates themselves if these have considerable thickness and/or are supported by other supporting structures. Where the system has two or more connected tracks, integral provision of these tracks can be used while avoiding the need for unwanted intermediate connections.

Totalt har de foreliggende pyrotekniske materialer fordelen med enkel fremstilling, sikker fremstilling og håndtering, pålitelighet, lav pris, lav vekt og lett antennelse, bøyelig-het (når substratet er i form av en film), robusthet, stabili-tet og (når de anvendes i et pyroteknisk forsinkelseselement) nøyaktige forsinkelsestider. Overall, the present pyrotechnic materials have the advantage of simple manufacture, safe manufacture and handling, reliability, low price, low weight and easy ignition, flexibility (when the substrate is in the form of a film), robustness, stability and (when they used in a pyrotechnic delay element) accurate delay times.

Utførelsesformer av de pyrotekniske materialer i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og deres anvendelser skal nå beskrives som eksempler med henvisning til de vedføyde tegninger, hvori: Fig. 1 og 2 viser perspektivriss delvis i snitt av Embodiments of the pyrotechnic materials in accordance with the present invention and their applications shall now be described as examples with reference to the attached drawings, in which: Fig. 1 and 2 show perspective views partly in section of

pyrotekniske materialer, pyrotechnic materials,

Fig. 3 viser et perspektivriss delvis i snitt av tennover-føringslunte som anvender materialet illustrert i fig. 2, Fig. 4 viser et perspektivriss av en drivmiddelladning Fig. 3 shows a perspective view, partially in section, of an ignition transfer fuse using the material illustrated in fig. 2, Fig. 4 shows a perspective view of a propellant charge

fremstilt fra materialet illustrert i fig. 2, made from the material illustrated in fig. 2,

Fig. 5 viser et langsgående snitt gjennom et missil hvori Fig. 5 shows a longitudinal section through a missile in which

drivmiddelladningen illustrert i fig. 4 inngår, the propellant charge illustrated in fig. 4 included,

Fig. 6 er et planriss av et forseglet plant pyroteknisk Fig. 6 is a plan view of a sealed planar pyrotechnic

multielement, multielement,

Fig. 7 viser et snitt tatt langs linjen I-l i fig. 6, Fig. 7 shows a section taken along line I-1 in fig. 6,

Fig. 8 viser et planriss av et pyroteknisk multielement som anvender overflate-til-overflateanordning av to pyrotekniske materialer, og Fig. 9 viser et snitt tatt langs linjen II-II i fig. 8. Fig. 8 shows a plan view of a pyrotechnic multi-element which uses a surface-to-surface arrangement of two pyrotechnic materials, and Fig. 9 shows a section taken along the line II-II in fig. 8.

Med henvisning først til fig. 1 består et første pyroteknisk material av et substrat omfattende et oksyderende polymert filmbånd 2 (f.eks. av PTFE) med et enkelt lag 4 av et oksyderbart metallisk material (f.eks. magnesium) avsatt på en overflate 6 derav. Retningen av lengdeaksen av båndet 2 er indikert med en pil. Laget 4 er avsatt under anvendelse av konvensjonelt vakuumavsetningsutstyr (ikke vist). Avsetnings-kildematerialet kan være lokalisert i en separat fordampnings-beholder (ikke vist) og fordampet ved hjelp av en avsøkt elektronstråle i en argonatmosfære. Alternativt kan kilden være en materialstav som underkastes magnetronsputring. With reference first to fig. 1, a first pyrotechnic material consists of a substrate comprising an oxidizing polymeric film strip 2 (e.g. of PTFE) with a single layer 4 of an oxidizable metallic material (e.g. magnesium) deposited on a surface 6 thereof. The direction of the longitudinal axis of the band 2 is indicated by an arrow. Layer 4 is deposited using conventional vacuum deposition equipment (not shown). The deposition source material may be located in a separate evaporation container (not shown) and evaporated by means of a scanned electron beam in an argon atmosphere. Alternatively, the source can be a rod of material subjected to magnetron sputtering.

Med henvisning til fig. 2 består et annet pyroteknisk material av et oksyderende polymert filmbånd 10 belagt på begge sine overflater 12 og 14 med lag 16, henholdsvis 18 av et oksyderbart material. Også her anvendes konvensjonelle dampavset-ningsmetoder for å avsette lagene 16 og 18. With reference to fig. 2, another pyrotechnic material consists of an oxidizing polymeric film strip 10 coated on both its surfaces 12 and 14 with layers 16 and 18, respectively, of an oxidizable material. Here too, conventional vapor deposition methods are used to deposit the layers 16 and 18.

De første og andre pyrotekniske materialer illustrert i fig. 1 og 2 kan kanttrimmes før bruk for å fjerne ubelagt film. The first and second pyrotechnic materials illustrated in fig. 1 and 2 can be trimmed before use to remove uncoated film.

I et eksempel på det annet pyrotekniske material ble PTFE-filmbånd med bredde 5 cm og 45 \ im tykkelse belagt på begge sider med et lag av magnesium med 16 (im tykkelse ved dampavsetning i en takt på 5 nm s"<1>. Denne tykkelse av Mg (32 Jim totalt) tilsvarte et omtrentlig støkiometrisk forhold mellom Mg og PTFE i henhold til ligningen: In an example of the second pyrotechnic material, PTFE film ribbon 5 cm wide and 45 µm thick was coated on both sides with a layer of magnesium 16 µm thick by vapor deposition at a rate of 5 nm s"<1>. thickness of Mg (32 Jim total) corresponded to an approximate stoichiometric ratio of Mg to PTFE according to the equation:

2nMg + (CF2CF2)n -<>> 2nMgF2 + 2nC 2nMg + (CF2CF2)n -<>> 2nMgF2 + 2nC

som beskriver den eksotermiske reaksjon mellom disse to sub-stanser. Et lite overskudd av Mg (f.eks. mellom 2 % og 10 %) kan være foretrukket under visse forhold for å sikre fullstendig omdannelse av tilgjengelig fluor til MgF2 slik at dannelse av giftige forbrenningsgasser inhiberes. which describes the exothermic reaction between these two substances. A small excess of Mg (eg between 2% and 10%) may be preferred under certain conditions to ensure complete conversion of available fluorine to MgF 2 so that formation of toxic combustion gases is inhibited.

Det belagte PTFE-bånd ble funnet å bibeholde den samme styrke og bøyelighet som PTFE-båndet før belegningen, og lagene av Mg viste ingen tendens til å delaminere selv når det belagte bånd ble sammenkrøllet i hånden. Det belagte bånd ble funnet å være meget ufølsomt overfor mekanisk slagpåvirkning og ble funnet ikke å antennes når det ble anbragt på en plan hard overflate og slått med moderat kraft med en håndholdt 0,5 kg hammer. Det belagte PTFE-bånd ble også funnet å ha en lavere og mer reproduserbar antennelsestemperatur (543±3°C) enn for en konvensjonell komprimert blanding av partikkelformet PTFE og partikkelformet magnesium i det samme støkiometriske forhold (antennelsestemperatur 610±10°C). Videre viste mikroskopiske undersøkelser av det belagte bånd nærvær av en fastklebende sort film ved grenseflaten mellom PTFE og magnesium, og dette indikerte at en eksotermisk reaksjon hadde funnet sted mellom de to materialer under avsetningsprosessen. I praksis kunne båndet antennes ved å tilføre 4 V spenning over to nærliggende enkle punktkontakter på den metalliske overflate av det belagte bånd for å skape en kortslutning og følgelig lokalisert oppvarming mellom disse to punkter, og uten avgrensing vil den eksotermiske reaksjon mellom Mg og PTFE fortsette langs båndet med en hastighet på flere meter pr. sekund. Denne hastighet kan endres ved å endre de relative tykkelser av båndet 10 og lagene 16 og 18. The coated PTFE tape was found to retain the same strength and flexibility as the PTFE tape before coating, and the layers of Mg showed no tendency to delaminate even when the coated tape was crumpled by hand. The coated tape was found to be very insensitive to mechanical impact and was found not to ignite when placed on a flat hard surface and struck with moderate force with a handheld 0.5 kg hammer. The coated PTFE tape was also found to have a lower and more reproducible ignition temperature (543±3°C) than that of a conventional compressed mixture of particulate PTFE and particulate magnesium in the same stoichiometric ratio (ignition temperature 610±10°C). Furthermore, microscopic examination of the coated tape showed the presence of an adhesive black film at the interface between PTFE and magnesium, and this indicated that an exothermic reaction had taken place between the two materials during the deposition process. In practice, the tape could be ignited by applying 4 V voltage across two nearby simple point contacts on the metallic surface of the coated tape to create a short circuit and consequently localized heating between these two points, and without limitation the exothermic reaction between Mg and PTFE will continue along the belt at a speed of several meters per second. This speed can be changed by changing the relative thicknesses of the band 10 and the layers 16 and 18.

Med henvisning til fig. 3 vises en tennoverføringslunte bestående av tre langstrakte strimler 2 0 av belagt bånd innesluttet i en hylse 22 av varmkrympet plastmaterial. Strimlene 20 er kuttet fra belagt bånd av typen illustrert i fig. 2. Hylsen 22 er varmkrympet på strimlene 20 for å tilveiebringe adekvat beskyttelse for inneslutning av strimlene. Når tenning foretas på en åpen ende 24 av lunten blir forbrenning hurtig ledet langs dens lengde i retningen vist av pilen. Ved å variere den relative tykkelse av båndet 10 og lagene 16 og 18 og spesielt ved å variere graden av konsolidering og inneslutning av strimlene 2 0 kan grad og hastighet for forbrenningen langs lunten varieres. With reference to fig. 3 shows an ignition transfer fuse consisting of three elongated strips 20 of coated tape enclosed in a sleeve 22 of heat-shrunk plastic material. The strips 20 are cut from coated tape of the type illustrated in fig. 2. The sleeve 22 is heat-shrunk onto the strips 20 to provide adequate protection for containing the strips. When ignition is made on an open end 24 of the fuse, combustion is rapidly conducted along its length in the direction shown by the arrow. By varying the relative thickness of the band 10 and the layers 16 and 18 and especially by varying the degree of consolidation and containment of the strips 20, the degree and speed of the combustion along the fuse can be varied.

I et spesifikt eksempel på en tennoverføringslunte i samsvar med denne utførelsesform ble tre 2 mm brede strimler av 45 p.m tykt PTFE-filmbånd belagt på begge sider med en tykkelse på omtrent 16 |im av magnesium, innesluttet i et 4 mm diameter Viton-rør ("Viton" er et fluorert polymert material). Røret ble varmkrympet på strimlene. Lunten hadde et totalt pyroteknisk materialinnhold på omtrent 1 g pr. meter lengde. Når de ble antent i en ende ved etablering av en lokalisert kortslutning på en av strimlene gikk forbrenning av de innesluttede strimler fremover langs lunten med en hastighet på omtrent 100 ms"<1>. Røret ble ikke i særlig grad brutt på grunn av at den eksotermiske reaksjon mellom PTFE og Mg frembringer gass-formede reaksjonsprodukter som kondenserer ved høy temperatur. In a specific example of an ignition transfer fuse in accordance with this embodiment, three 2 mm wide strips of 45 µm thick PTFE film tape coated on both sides with a thickness of about 16 µm of magnesium were enclosed in a 4 mm diameter Viton tube ( "Viton" is a fluorinated polymeric material). The tube was heat-shrunk onto the strips. The fuse had a total pyrotechnic material content of approximately 1 g per meter length. When ignited at one end by the establishment of a localized short circuit on one of the strips, combustion of the contained strips proceeded along the fuse at a rate of approximately 100 ms"<1>. The tube was not significantly ruptured due to the fact that the exothermic reaction between PTFE and Mg produces gaseous reaction products that condense at high temperature.

I fig. 4 illustreres en drivmiddelladning bestående av det belagte PTFE-bånd 10, 16, 18 illustrert i fig. 2, kanttrimmet for å fjerne ubelagt PTFE, og som var blitt viklet opp i en sylindrisk viklet konfigurasjon. In fig. 4 illustrates a propellant charge consisting of the coated PTFE tape 10, 16, 18 illustrated in fig. 2, edge trimmed to remove uncoated PTFE, and which had been wound up in a cylindrical wound configuration.

I fig. 5 vises et missil omfattende en nesedel 30, en sylindrisk kroppsdel 32 omfattende et rakettmotorhus og en rakett-dyse 34. En sylindrisk drivmiddelladning 36 omfattende ladningen illustrert i fig. 4 er innesluttet koaksialt med motorhuset 32. Et missil i henhold til utførelsesformen ble konstruert med en total masse på 60 g og en drivmiddelmasse på 9 g. Drivmiddelladningen 3 6 ble fremstilt ved oppvikling av en kort lengde av det 5 cm brede Mg-belagte PTFE-filmbånd beskrevet i det foregående. Ladningen ble antent ved sin bakre endeflate 38 under anvendelse av tennoverføringslunten illustrert i fig. 3, og ble fullstendig forbrukt i løpet av millisekunder etter antennelsen for å akselerere missilet til en slutthastighet på 200 ms"<1>. In fig. 5 shows a missile comprising a nose part 30, a cylindrical body part 32 comprising a rocket motor housing and a rocket nozzle 34. A cylindrical propellant charge 36 comprising the charge illustrated in fig. 4 is enclosed coaxially with the motor housing 32. A missile according to the embodiment was constructed with a total mass of 60 g and a propellant mass of 9 g. The propellant charge 3 6 was produced by winding a short length of the 5 cm wide Mg-coated PTFE - film tape described in the preceding. The charge was ignited at its rear end surface 38 using the ignition transfer fuse illustrated in FIG. 3, and was completely consumed within milliseconds of ignition to accelerate the missile to a terminal velocity of 200 ms"<1>.

Det forseglede plane pyrotekniske multielement illustrert i fig. 6 og 7 omfatter en polymer substratplate 60 hvorpå det er pålagt et nettverk av reaktive laminatprogresjonsbaner 62 som forbinder og strekker seg inn i respektive kantterminaler 64, 66, 68 og 70 fra en todelt initieringsterminal 72. The sealed planar pyrotechnic multi-element illustrated in fig. 6 and 7 comprise a polymeric substrate plate 60 upon which is applied a network of reactive laminate progression paths 62 connecting and extending into respective edge terminals 64, 66, 68 and 70 from a two-piece initiation terminal 72.

Nettverket av baner 62 er dekket med et tilsvarende konfi-gurert deksel 74 som er perifert forseglet til substratplaten 60 unntatt ved terminalene 64 til 72. Dekselet er foretrukket av et elastomert material som f.eks. PTFE som vil ekspandere under forbrenning av banene 62 og således forhindre en for sterk oppbygning av trykk som ellers ville frembringe for hurtig forbrenning. Som et alternativ til deksler for hvert spor kan hele overflaten av platen 60 legges inn i et dekselmaterial som foretrukket er elastomer, f.eks. ved å neddykke substratet i eller sprøyte substratet med dekselmaterial i en flytende tilstand. The network of webs 62 is covered with a correspondingly configured cover 74 which is peripherally sealed to the substrate plate 60 except at the terminals 64 to 72. The cover is preferably of an elastomeric material such as PTFE which will expand during combustion of the webs 62 and thus prevent too strong a build-up of pressure which would otherwise produce too rapid combustion. As an alternative to covers for each track, the entire surface of the plate 60 can be embedded in a cover material which is preferably elastomeric, e.g. by immersing the substrate in or spraying the substrate with coating material in a liquid state.

Hver bane omfatter en stabel av vekselvis avsatte koreaktive filmer 76 og 78 lagt på et avsatt lag 80 av metall, idet metallaget er forholdsvis mye tykkere enn filmene 76 og 78. Filmene 7 6 og 78 er henholdsvis av oksyderbart og oksyderende materialer. Platen 60 og laget 80 omfatter en oksyderende polymer, henholdsvis et oksyderbart metallisk material. Each web comprises a stack of alternately deposited coreactive films 76 and 78 laid on a deposited layer 80 of metal, the metal layer being relatively much thicker than the films 76 and 78. The films 76 and 78 are respectively of oxidizable and oxidizing materials. The plate 60 and the layer 80 comprise an oxidizing polymer, respectively an oxidizable metallic material.

Mange avsetningsmaterialer er passende for filmene, laget og platen, idet ett eksempel er titan for filmene 76, blyoksyd for filmene 78, PTFE for platen 60 og magnesium for laget 80, som utgjør en oksyderende polymer, henholdsvis et oksyderbart metallisk material. Many deposition materials are suitable for the films, layer and plate, one example being titanium for the films 76, lead oxide for the films 78, PTFE for the plate 60 and magnesium for the layer 80, which constitute an oxidizing polymer and an oxidizable metallic material, respectively.

Hver arm 72a av den delte initieringsterminal 72 inkluderer en livdel 82. De ytre ender 84 av disse armer utenfor livdelen er avdekket ned til laget 80 og er forbundet over en lavspen-ningslikestrømskilde {ikke vist). Each arm 72a of the split initiation terminal 72 includes a web 82. The outer ends 84 of these arms outside the web are exposed down to layer 80 and are connected across a low voltage DC source (not shown).

Banene 62 er tildannet på platen 60 ved hjelp av en fremstil-lingsmetode som nå skal beskrives. The tracks 62 are formed on the plate 60 using a production method which will now be described.

En hel overflate av substratet 60 blir først passende prepa-rert og maskert med en maskeringsplate (ikke vist) med et nettverk av spalter deri tilsvarende nettverket av baner 62. Laget 80 og filmene 76 og 78 belegges så i passende sekvenser på substratplaten 60 ved hjelp av en maske under anvendelse av konvensjonelt vakuumavsetningsutstyr (ikke vist). Avsetnings-kildematerialene, f.eks. magnesium, titan og bly, befinner seg hvert i separate fordampningsbeholdere og fordampes i sin tur av en elektronstråle under en atmosfære av argon idet styrte mengder oksygen slippes inn under periodene med blyfordamp-ning. Etter fullføring av avsetningsprosessen fjernes masken og dekselet blir så lagt på og kantforseglet til substratet 60, ved hjelp av et forlikelig forseglende middel. An entire surface of the substrate 60 is first suitably prepared and masked with a masking plate (not shown) having a network of slits therein corresponding to the network of webs 62. The layer 80 and the films 76 and 78 are then coated in suitable sequences on the substrate plate 60 using of a mask using conventional vacuum deposition equipment (not shown). The depositional source materials, e.g. magnesium, titanium and lead, are each located in separate evaporation containers and are evaporated in turn by an electron beam under an atmosphere of argon, as controlled amounts of oxygen are admitted during the periods of lead evaporation. After completion of the deposition process, the mask is removed and the cover is then applied and edge sealed to the substrate 60, using a suitable sealing agent.

Det vil være klart for den fagkyndige på området at et lignende nettverk av baner 62 alternativt kan oppnås ved først å belegge hele overflaten av plater 60, maskering av de nødvendige arealer av det avsatte laminat, d.v.s. nettverket av baner 62, og fjerne de resterende arealer av avsatt material ved syreetsing som ved kjente metoder for fremstilling av trykte kretskort. It will be clear to those skilled in the art that a similar network of webs 62 can alternatively be achieved by first coating the entire surface of sheets 60, masking the required areas of the deposited laminate, i.e. the network of paths 62, and remove the remaining areas of deposited material by acid etching as by known methods for the production of printed circuit boards.

For å sikre en pålitelig reaksjonsprogresjonskarakteristikk er tykkelsen av hver avsatt film 7 6 og 78 foretrukket ikke mer enn 2 Jim, idet filmer med større tykkelse er uønsket ettersom deres varmeabsorpsjon kan være tilstrekkelig til slukke den eksotermiske innleggslagreaksjon mellom filmene. Laget 80 er på den annen side foretrukket tykkere enn 2 \ Lm og er passende opp til 30 |J.m tykt, ettersom dets funksjon er å reagere eksotermisk med den polymere substratplate 60 og således tilveiebringe en varmekilde for filmene 7 6 og 7 8 nødvendig for å initiere og underholde deres forbrenning. Minimumsantallet reaktive filmer 7 6 og 7 8 som kreves er avhengig av tykkelsen av laget 80 og mengden av varme som utvikles ved dets eksotermiske reaksjon med de underliggende områder av platen 60. To ensure a reliable reaction progression characteristic, the thickness of each deposited film 76 and 78 is preferably no more than 2 µm, films of greater thickness being undesirable as their heat absorption may be sufficient to quench the exothermic interlayer reaction between the films. The layer 80, on the other hand, is preferably thicker than 2 µm and is suitably up to 30 µm thick, as its function is to react exothermically with the polymeric substrate sheet 60 and thus provide a heat source for the films 7 6 and 7 8 necessary to initiate and entertain their combustion. The minimum number of reactive films 7 6 and 7 8 required depends on the thickness of the layer 80 and the amount of heat developed by its exothermic reaction with the underlying areas of the plate 60.

Det er funnet at et 10 nm tykt magnesiumlag 80 avsatt på en It has been found that a 10 nm thick magnesium layer 80 deposited on a

3 mm tykk PTFE-plate 60 er tilstrekkelig til å underholde 3 mm thick PTFE sheet 60 is sufficient to entertain

eksotermisk reaksjon mellom fire 1 fim tykke filmer 76 av titan og fire 1 fim tykke filmer 7 8 av blyoksyd. De således avsatte filmer 76 og 78 har hver en søyleformet gitterstruktur som er intermolekylært i inngrep med hver av de neste nærliggende exothermic reaction between four 1 µm thick films 76 of titanium and four 1 µm thick films 7 8 of lead oxide. The thus deposited films 76 and 78 each have a columnar lattice structure intermolecularly engaged with each of the next adjacent

gittere og tilveiebringer et reaktivt laminat som når det først er antent underholder en intergittereksotermisk reaksjon hjulpet ved varmen utviklet fra den underliggende eksotermiske reaksjon mellom laget 80 av metall og substratplaten 60. Brennhastigheten av dette laminat langs banene 62 ble funnet å være konstant og i hastighets området 20 til 100 mms"<1>. lattices and provides a reactive laminate which, once ignited, undergoes an interlattice exothermic reaction aided by the heat developed from the underlying exothermic reaction between the layer 80 of metal and the substrate plate 60. The burning rate of this laminate along the paths 62 was found to be constant and in the range of 20 to 100 mms"<1>.

I bruk antennes progresjonsbanenettverket ved hjelp av en elektrisk strøm som føres tvers over den todelte initieringsterminal 72 mellom de to udekkede ekstremiteter 84. Mot-standsoppvarming skaper lokale varmesteder ved de to livdeler 82 som samtidig antenner multielementet ved disse to punkter. Den resulterende eksotermiske reaksjon går fremover langs banene 62 med jevn hastighet og tilveiebringer en initierings-kilde ved hver av de øvrige terminaler 64 til 70 med tidsmel-lomrom nøyaktig bestemt ved lengdene av de mellomliggende baner. Overraskende vil brennhastigheten langs substratet 60 av filmene 7 6 og 78, som foretrukket er betraktelig saktere enn brennhastigheten mellom det underliggende substrat 60 og metallaget 80, ha tendens til å diktere den totale brennhastighet langs banene 62. I bruk kan alle eller hvilke som helst av terminalene 64 til 70 anvendes for å initiere andre aktuelle forsinkelser eller terminale forhold. Tykkelsen av platen 60 velges til å sikre at den forblir intakt under hele forbrenningen langs banene 62. In use, the progression path network is ignited by means of an electric current which is passed across the two-part initiation terminal 72 between the two uncovered extremities 84. Resistance heating creates local hot spots at the two life parts 82 which simultaneously ignite the multi-element at these two points. The resulting exothermic reaction proceeds along the paths 62 at a uniform rate and provides a source of initiation at each of the other terminals 64 to 70 at intervals precisely determined by the lengths of the intermediate paths. Surprisingly, the burn rate along the substrate 60 of the films 76 and 78, which is preferably considerably slower than the burn rate between the underlying substrate 60 and the metal layer 80, will tend to dictate the overall burn rate along the paths 62. In use, any or all of terminals 64 to 70 are used to initiate other appropriate delays or terminal conditions. The thickness of the plate 60 is chosen to ensure that it remains intact throughout the combustion along the paths 62.

Det vil være klart for den fagkyndige på området at andre mere komplekse forsinkelseselementnettverk kan frembringes i samsvar med oppfinnelsen. F.eks. kan spesialiserte forholds-initiatorer tildannes integrert med banene ved selekterte terminaler under fremstilling. I tillegg kan alternative baner innbygges i et hvilket som helst multielement slik at det tillates seleksjon av forsinkelsestidene. It will be clear to those skilled in the art that other more complex delay element networks can be produced in accordance with the invention. E.g. specialized relationship initiators can be formed integrally with the lanes at selected terminals during manufacture. In addition, alternative paths can be built into any multi-element so that selection of the delay times is allowed.

Det pyrotekniske multielement illustrert i fig. 8 og 9 omfatter to plater 100, 102 av et oksyderende polymert material som f.eks. PTFE med et innesluttet nettverk av plane pyrotekniske reaktive spor 104 som strekker seg mellom de to. Sporene 104 er fremstilt fra en serie av grunne kanaler 106 kuttet inn i hver plate 100, 102 til en dybde på minst 3 fim, idet kanalene i en plate er et speilbilde av kanalene i den annen plate slik at når platene anbringes flate mot flate er sporene definert ved de motstående kanaler i hver plate. Før sammenføring blir et lag 108 av et oksyderbart metall som f.eks. Mg dampavsatt i hver av kanalene 106 inntil hver kanal flukter med sin motstående overflate 110, 112 av dens assosierte plate 100, 102. Når platene bringes sammen kommer motstående lag 106 i inngrep med hverandre og sporene 104 blir derved fullstendig fylt med metall. I bruk vil antennelse av elementet ved endeflaten 114 ved f.eks. lokalisert motstands-oppvarming frembringe hurtig forbrenning langs sporene 104 med en hastighet tilsvarende den som finnes i tennoverførings-lunten illustrert i fig. 3. The pyrotechnic multi-element illustrated in fig. 8 and 9 comprise two plates 100, 102 of an oxidizing polymeric material such as e.g. PTFE with an enclosed network of planar pyrotechnic reactive grooves 104 extending between the two. The grooves 104 are made from a series of shallow channels 106 cut into each plate 100, 102 to a depth of at least 3 µm, the channels in one plate being a mirror image of the channels in the other plate so that when the plates are placed face to face the grooves defined by the opposite channels in each plate. Before joining, a layer 108 of an oxidizable metal such as e.g. Mg vapor deposited in each of the channels 106 until each channel is flush with its opposite surface 110, 112 of its associated plate 100, 102. When the plates are brought together, the opposing layers 106 engage with each other and the grooves 104 are thereby completely filled with metal. In use, ignition of the element at the end surface 114 by e.g. localized resistance heating produces rapid combustion along the grooves 104 at a rate similar to that found in the ignition transfer fuse illustrated in FIG. 3.

Claims

1. Pyrotechnic material, characterized in that at least one layer (4, 16, 18, 80, 108) of an oxidizable metallic material has been vapor deposited on a substrate (2, 10, 60, 100, 102) of an oxidizing polymeric material at at least one location on the surface of the substrate, the layer or layers being at least 3 µm thick and the combined polymeric and metallic materials together being capable of reacting exothermically upon ignition.

2. Pyrotechnic material as stated in claim 1, characterized in that the polymeric material (2, 10, 60, 100, 102) contains chemically bound in its structure oxidizing atoms selected from the group consisting of halogens, oxygen, sulphur, nitrogen and phosphorus.

3. Pyrotechnic material as specified in claim 1 or 2, characterized in that the metallic material (4, 16, 18, 80, 108) comprises a metal selected from the group consisting of lithium, sodium, magnesium, beryllium, calcium, strontium, barium , aluminium, titanium, zirconium and alloys thereof.

4. Pyrotechnic material as specified in claims 2 and 3, characterized in that the polymeric material (2, 10, 60, 100, 102) comprises a fluorinated polymer and that the metallic material (4, 16, 18, 80, 108) comprises magnesium or an alloy thereof.

5. Pyrotechnic material as stated in claim 4, characterized in that the polymeric material (2, 10, 60, 100, 102) comprises PTFE and that the metallic material comprises magnesium.

6. Pyrotechnic material as specified in one or more of the preceding requirements, characterized in that one or more layers of metallic material is applied to a reactive laminate comprising a plurality of films of an oxidizable material (7 6) as alternating layers with a plurality of films of oxidizing material (78), each layer being sequentially vapor deposited on the metallic material layer or layers (80) , as the combined oxidizable and oxidizing materials in the laminate together are capable of reacting exothermically upon ignition.

7. Pyrotechnic material as stated in claim 6, characterized in that the total number of films (76, 78) of oxidizable and oxidizing materials in the reactive laminate is from four to fifty, preferably from six to twenty.

8. Pyrotechnic material as stated in claim 6 or 7, characterized in that the total thickness of the metallic material layer or layers (80) is greater than the average film thickness of the films in the reactive laminate.

9. Pyrotechnic delay element, characterized by the inclusion of the pyrotechnic material specified in one or more of claims 6-8.

10. Pyrotechnic element, characterized in that it comprises two pyrotechnic elements of pyrotechnic material as specified in one or more of the preceding claims 1 - 5, in contact with each other in a face-to-face arrangement, the opposing surfaces of the polymeric substrates (100, 102) of the elements define one or more grooves (106) between the elements containing opposite vapor-deposited layers of the oxidizable metallic material (108).