NO872582L - Pyroteknisk tennanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en pyroteknisk tennkjede, som særlig,men ikke utelukkende er beregnet for anvendelse i forsinkelsesystemer med en eller flere tennkjeder. Den kan også anvendes i trådbrodetonatorer og kan videre være utført for å danne infrarødstrålende belegg for villedningssystemer.

Flerekjedede pyrotekniske villedningssystemer er kjent for å innlede kompliserte hendelsessekvenser, f. eks. i et flyve-legeme. Disse forsinkelsesystemer er normalt konstruert ut i fra kjente forsinkelsestrenger som omfatter blyrør som først er pakket med en ferdig laget granulær pyroteknisk sammenstilling, bestående av materialer som er valgt, behandlet og blandet i spesielle forhold for å oppnå ønsket avbrenningstakt. De pakkede rør blir så fintrukket, avskåret i passende lengder, formet og manuelt sammenstilt med passende koblings-komponenter. Hele prosessen tar lang tid og er avhengig av en operatør, har høye verktøyomkostninger, krever sammenstilling i rene rom og kan være risikofylt. Den oppnådde multippel-kjede har også en ulempe ved at det foreligger et antall uønskede grenseflater og avbrenningstider som ikke stemmer overens. Videre foreligger det problemer ved bruk av sådanne flerkjedesystemer innenfor en lukket kapsel ved at blyhyls-teret, som smelter under avbrenning, spres omkring og kan eventuelt skade andre komponenter i kapselen, slik som f. eks. materialbeholdere av plastmaterial. Også trykket av de gasser som frembringes under avbrenningen av det ganske store volum-omfang av pyroteknisk blandingsmaterial kan være foruroligende høyt, særlig i det tilfelle kapselen anvendes ved meget lavt omgivelsetrykk.

Den foreliggende oppfinnelse har som formål å overvinne disse vanskeligheter ved å frembringe en pyroteknisk kjede som er i stand til å oppnå større presisjon og øket iboende styrke enn det som er oppnåelig med granulære materialblandinger, samt en fremgangsmåte som er egnet for automatisk fremstilling.

I en første aspekt av oppfinnelsen søkes videre oppnådd en

^ fullstendig avtettet forsinkelseskjede.

Med en annen aspekt av oppfinnelsen søkes oppnådd en frilagt pyroteknisk tennkjede som når den tennes vil stråle ut et for-ut fastlagt spektrum av bølgelengder, mens en tredje aspekt av oppfinnelsen søker å frembringe en brotenner med en reaksjons-tid som er sammenlignbar med den som oppnås ved en eksploderende trådbro, men en som har større pålitelighet.

Oppfinnelsen gjelder således en pyroteknisk tennkjede med et reaktivt laminat hvis særtrekk ligger i et substratsjikt av et elektronisk donatormaterial som er pådampet en film av elektronisk akseptormaterial, hvor de to materialer er av sådan art at de sammen kan gjøres til gjenstand for eksotermisk reaksjon når de utsettes for varme.

Laminatet kan ytterligere omfatte flere sjikt av de to nevnte materialer, som hvert er pådampet vekselvis og i rekkefølge på tidligere påførte sjikt. Fortrinnsvis er hver sådan påført film eller sjikt påført i rekkefølge ved vakuumpåføring eller ved katodeforstøvning, idet påføringsprosessen styres for å sikre at tykkelsen av hver film blir av hovedsakelig molekylær størrelseorden, for derved å oppnå størst mulig molekylær sammenblanding av filmmaterialene over laminatets tykkelse.

Tenning av de inntilliggende elektroniske donator- og akseptorfilmer på hvilket som helst valgt sted frembringer en selvunderholdende eksotermisk reaksjon mellom vedkommende molekyler og som forplanter seg på tvers langs grenseflatene mellom materialfilmene. Antallet og tykkelsen av filmene velges for med sikkerhet å kunne sikre en pålitelig og sammen-fallende lateral forplantningskarakteristikk.

Det reaktive laminat kan videre omfatte en eller flere filmer av et modererende material som i valgfri grad legges inn mellom nevnte reaktive filmer under påføringsprosessen, for derved å moderere den lateriale forplantningskarakteristikk på sådan måte at det oppnås en ønsket avbrenningstakt. Modera-sjonsmaterialet kan også velges slik at det gir ønskede fre-kvenser i det resulterende strålingsspektrum.

I den første aspekt av oppfinnelsen, som gjelder en avtettet forsinkelsekjede, kan substratsjiktet være understøttet av et bærelegeme av inert material, fortrinnsvis en dårlig varme-leder, for derved å nedsette enhver dempning av den eksotermiske reaksjon, og kan hensiktsmessig utgjøres av et glass-material, keramikk eller plastmaterial. Hvis imidlertid ytterligere moderasjon eller variasjon av forplantningskarakteristikken er ønsket kan imidlertid bærelegemets varmeledningsevne velges tilsvarende. Når et bærelegeme anvendes, kan substratsjiktet selv være pådampet.

Alternativt kan substratsjiktet selv være av tilstrekkelig fasthet til å bære laminatet samt av tilstrekkelig tykkelse til å sikre mot nedbrytning i bruk, idet reaksjonen bare forplanter seg langs dets innside. Et hensiktsmessig material for dette formål er polytetrafluoretylen (ptfe), idet dette material tilfredsstiller alle de nødvendige fordringer for utførelse av oppfinnelsen, hvilket vil si at det kan gjøre tjeneste som elektrondonator, har høy mekanisk styrke samt lav varmeledningsevne, samt kan pådampes. I en foretrukket ut-førelse anvendes magnesium som elektronisk akseptormaterial i samvirke med et ptfe donatormaterial, men også andre passende metall/halidreaksjonsmaterialer kan eventuelt anvendes.

Ved det annet og tredje aspekt av oppfinnelsen, nemlig en strålingssender og en brotenner, behøver ikke substratsjiktet å holdes sammen og kan være tilstrekkelig tykt til å bli fullstendig forbrukt ved den eksotermiske reaksjon av det reaktive laminet.

Tverrdimensjonene av det reaktive laminat er valgt slik at de fastlegger bredde og lengde av en ønsket forplantningsbane for reaksjonen. Disse dimensjoner kan være fastlagt av bære legemets form eller av selvesubstratsjiktet, f. eks. en ring-formet bane som oppnås ved påføring på en fiber av glass eller ptfe. Alternativt kan filmene være påført hele den ene side av et plant substratsjikt og deretter behandlet i samsvar med kjent teknikk for trykte kretser for å frembringe hvilken som helst ønsket plan utforming av forplantningsbanen. Ved en ytterligere alternativ fremgangsmåtre kan det plane substratsjikt maskeres før påføringen av film for derved å muliggjøre anbringelse av den reaktive film på substratsjiktet bare i denønskede utforming. Hver av disse sistnevnte plane påførings-metoder er særlig fordelaktig ved fremstilling av sammen-satte flerkjedesystemer, da den således mulige samlede på-føring av alle forplantningsbaner i systemet derved opphever behovet for uønskede sammenkoblinger.

Et plant arrangement er også å foretrekke ved den første aspekt av oppfinnelsen hvor avskjermet avgrensning av for-plantningsbanene er påkrevet, idet et overtrukket belegg av ptfe eller et inert material, fortrinnsvis med lav varmeledningsevne, lett kan forsegles til substratsjiktet eller bære-legemet. Sådan avskjerming sørger både for å avgrense reaksjonen og styre reaksjonstrykket og derved avbrenningstakten. Følgelig kan avskjermingens kompakthet varieres for å gi ytterligere styring av forplantningskarakteristikken.

I den tredje aspekt av oppfinnelsen, nemlig en brotenner, anvendes det reaktive laminat for å frembringe en rask forplantningsbane for reaksjonen mellom to elektroder inntil en detonerende ladning, idet laminatet er pådampet direkte på en

. vanlig isolerende bærer for elektrodene.

Utførelser av oppfinnelsen og fremgangsmåter for fremstilling vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler og under hen-visning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en planskisse av en avtettet planar og forgrenet pyroteknisk kjede, Fig. 2 viser oppriss av et snitt tatt langs linjen II-II i

fig. 1,

Fig. 3 viser i oppriss et snitt gjennom et alternativt terminalarrangement for den forgrenede kjede i fig. 1,

Fig. 4 viser et aksialsnitt gjennom en brotenner, og

Fig. 5 er en perspektivskisse av en lengde av en tennings-overførende streng.

Den pyrotekniske flergrenede tenningskjede som er vist i

fig. 1 og 2 omfatter en keramisk bæreplate 1 hvor det er på-ført et nettverk av reaktive forplantningsbaner 2 i form av reaktivt laminat samt sammenkoblet på forskjellig måte og ført ut til kantterminaler 3 til 7. Nettverkbanene 2 er påført et tilsvarende utformet deksel 8 av keramikk, og som langs side-kantene er avtettet forbundet med bæreplaten 1, bortsett fra terminalene 3 til 7.

Hver forplantningsbane 2 omfatter en stabel av vekselvis påførte samreagerende filmer 9 og 10 samt er utstyrt med en innskutt modererende film 11. Filmene 9 og 10 er henholdsvis av elektrondonator- og elektronakseptormaterialer, og de materialer som er anvendt i foreliggende utførelseeksempel er ptfe for filmene 9 (den nederste film 9 utgjør det tidligere nevnte substratsjikt) samt magnesium for filmene 10. Filmen 11 er valgfri og er av inert material slik som silisium.

Mange andre påføringsmaterialer kan hensiktsmessig anvendes i de reaktive filmer, og et ytterligere eksempel er blyoksyd for donatorfilmene 9 og titanium for akseptorfilmene 10.

Banene 2 er dannet på platen 10 ved en fremgangsmåte for fremstilling som nå vil bli beskrevet.

En hel sideflate av bæreplaten 1 blir først hensiktsmessig forhåndsbehandlet og derpå fullstendig belagt med filmene 9, 10 og 11 i korrekt rekkefølge ved anvendelse av vanlig vakuum- påføringsutstyr (ikke vist). Kildematerialene for påføringen, f. eks. ptfe, magnesium og silisium, befinner seg i hvert sitt separate påføringskar og fordampes etter tur ved hjelp av elektronstråle i en argonatmosfære.

For å sikre en pålitelig forplantningskarakteristikk for reaksjonen er tykkelsen av hver påført film 9, 10 og 11 fortrinnsvis ikke større enn 2^um, idet filmer av større tykkelse er uønsket da deres varmeabsorpsjon kan være tilstrekkelig til å ødelegge den eksotermiske karakter av reaksjonen mellom sjiktene. Det totale antall reaktive filmer 9 og 10 som er påkrevet, er avhengig av tykkelsen av og den termiske ledningsevne for bæreplaten, nemlig dens effektivi-tet som varmesluk. Ved anvendelse av en aluminiumoksydplate av 1 mm tykkelse samt en termisk ledningsevne på 17 W/m er påføring av 100 filmer 9 og 100 filmer 10, hver med en tykkelse på 0,5^um, funnet hensiktsmessig (for oversiktens skyld er bare noen få filmer vist på tegningene). Færre filmer kan anvendes hvis en ptfe-bæreplate blir benyttet, da denne i seg selv vil bidra til reaksjonen og således kompen-sere for varmetap.

De således påførte filmer 9, 10 og 11 har hver en kolonneartet krystallstruktur, som befinner seg i intermolekylinngrep med hvert inntilliggende krystallnettverk og derved danner et reaktivt laminat som så snart det utløses vil opprettholde en eksotermisk reaksjon mellom molekylnettverkene.

Etter at påføringsprosessen er fullført maskeres de tilsiktede områder av påført laminat, nemlig nettverket av forplantningsbaner 2, med et syrebestandig belegg (ikke vist), hvorpå de gjenværende områder av filmene fjernes ved syreetsing på den måte som er kjent fra anvendt produksjonsteknikk ved fremstilling av trykte kretskort. Platen 8 påføres så ovenpå det hele og forbindes avtettet med bæreplaten 1 ved hjelp av et passende avtetningsmiddel (ikke vist).

Det vil nå være åpenbart for fagfolk på området at lignende nettverk av forplantningsbaner 2 alternativt også kan oppnås ved å maskere bæreplaten før påføringen av filmene 9, 10 og 11.

Ved bruk tennes nettverket av forplantningsbaner elektrisk, ved friksjon, eller ved hjelp av en varmekilde fra en utvalgt terminal, f. eks. terminal 3, og den resulterende eksotermiske reaksjon vil da forplante seg langs banen 2 jevn takt for å opprette en tenningskilde ved hver av de gjenværende terminaler 4 til 7 med tidsmellom som er nøyaktig fastlagt ved lengden av de tilsvarende forplantningsbaner. I bruk kan samtlige eller hvilke som helst av terminalene 4 til 7 be-nyttes for å utløse andre fortsatte forsinkelse- eller terminalprosesser.

En ytterligere alternativ fremstillingsmetode krever bruk av lysfølsomt glass som bæreplate 1, av en art som er velkjent ved fremstilling av trykte kretser, og som er gitt mindre mot-stand overfor ultrafiolett stråling. Platen 1 av dette material kan først markeres med det ønskede mønster av forplantningsbaner, utsettes for ultrafiolett stråling og derpå etses for å danne et utformet mønster av banenettverket, idet dette mønster derpå utsettes for vakuumpåføring av det reaktive laminat slik som tidligere beskrevet. Avtetning av de forplantningsbaner som fremstilles på denne måte kan oppnås ved innkapsling av den belagte mønstermal mellom dekselet 8 og en ekstra basisplate (ikke vist).

Et alternativt terminalarrangement er vist i fig. 3 for anvendelse i det tilfelle tilgang til den forgrenede tenningskjede er påkrevet over tykkelsen av platen 1. I dette arrangement er hensiktsmeesig utformede hull 12 anordnet i platen 1 før begynnelsen av påføringsprosessen, idet hullenes kanter belegges med det reaktive laminat ved påfølgende materialpåføringer på samme måte som med den plane overflate av platen.

Det vil være innlysende for fagfolk på området at også andre og mer kompliserte forsinkelsenettverk kan fremstilles i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Utløsere for spesielle prosesser kan f. eks. utformes i sammenheng med forplantnings-banene ved utvalgte terminaler under fremstillingen. I til-legg kan alternative ruter bygges inn i hvilken som helst flergrenet kjede for derved muliggjøre valg av forsinkelse-tider.

Denne første aspekt av oppfinnelsen kan også anvendes for fremstilling av sporplater for å frembringe flere samtidige tenninger for utløsning av eksplosive eller pyrotekniske an-ordninger innenfor sterkt varierende geometriske utformninger.

Det pådampede reaktive laminat i henhold til oppfinnelsen er til sin natur mer motstandsdyktig enn de granulære pyrotekniske sammenstillinger og er derfor fordelaktig ved bruk i henhold til den andre aspekt av oppfinnelsen, idet ingen be-skyttende ytre tildekning er påkrevet. I denne utførelse kan de reaktive og modererende materialer som anvendes i laminatet velges slik at de frembringer en kjede med varmeutgang som har et spesielt strålingsspektrum. En ytterligere fordel ligger i det brede utvalg av materialer som lett kan pådampes og således muliggjør et omfattende bølgelengdeområde i strålings-spekteret.

I sin tredje aspekt gir oppfinnelsen umiddelbart midler for fremstilling av elektrisk følsomme detonatorer og tennings-utløsere. Et vanlig sylinderformet arrangement er vist i fig. 4, hvor en første elektrode i form av en pinne 40 holdes koaksialt inne i en sylinderformet annen elektrode 41 ved hjelp av en isolerende bøssing 42. Det reaktive laminat 43 er da anordnet direkte på den ringformede endeflate av bøssingen inntil en detonatorladning 44, således at det opprettes en pålitelig flergrenet forplantningsbane for reaksjonen mellom de to elektroder, som er i stand til å frembringe kraftig reaksjon ved forholdsvis lav spenning. Sådanne arrangementer kan også anvendes som tennladning, bare ved å nedsette den spenning som påtrykkes elektrodene.

En annen lignende anvendelse av oppfinnelsen ligger i fremstilling av hurtigvirkende elektriske utkoblingssikringer (ikke vist).

En ytterligere anvendelse av det reaktive laminat er vist i fig. 5, som angir en tenningsoverførende luntestreng egnet som erstatning for korditt. Strengen 50 omfatter en indre kjerne 51 av ptfe hvorpå det er vakuumpåført et koaksialt ringsjikt 52 av magnesium, hvorpå det hele er innkapslet i en ytre kappe 53 av ptfe. Tenning ved direkte varme eller slagsammentryk-ning av den ene ende av strengen 50 vil overføre en raskt for-plantende, selvunderholdende eksotermisk reaksjon langs en ubegrenset lengde av luntestrengen.

Strengens slagfølsomhet kan økes ved å innføre ytterligere koaksialsjikt (ikke vist) av magnesium og ptfe i samsvar med oppfinnelsen.

Claims (10)

1. Pyroteknisk kjede i form av reaktivt laminat, karakterisert ved at laminatet omfatter et substratsjikt av et elektronisk donatormaterial (9, 51) som er pådampet en film av elektronisk akseptormaterial (10, 52), hvor de to materialer er av sådan art at de sammen kan gjøres til gjenstand for eksotermisk reaksjon når de utsettes for varme.

2. Pyroteknisk kjede som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter ytterligere flere filmer (9, 10) av de to nevnte materialer, som pådampes vekselvis på de tidligere påførte filmer av vekslende art.

3. Pyroteknisk kjede som angitt i krav 2, karakterisert ved at den videre omfatter minst en innskutt film (11) av et modererende material.

4. Pyroteknisk kjede som angitt i ett av de forutgående krav, karakterisert ved at tykkelsen av hver film er av hovedsakelig molekylær stø rrelseorden.

5. Pyroteknisk kjede som angitt i ett av de forutgående krav, karakterisert ved at det elektroniske donatormaterial (9, 51) er polytetrafluoretylen og det elektroniske akseptormaterial (10, 52) er magnesium.

6. Pyroteknisk kjede som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at det elektroniske donatormaterial er blyoksyd og det elektroniske akseptormaterial er ti tan.

7. Pyroteknisk kjede som angitt i krav 5 og som omfatter en tenningsoverfø rende luntestreng (50), karakterisert ved at strengen har et ringsjikt (52) av vakuumpåført magnesium som strekker seg koaksialt mellom en indre kjerne (51) og en ytre kappe (53) som begge er av polytetrafluoretylen.

8. Pyroteknisk kjede som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved den er anordnet som en bro mellom to elektroder (40, 41) anordnet inntil en detonatorladning (44).

9. Fremgangsmåte for fremstilling av en pyroteknisk kjede som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved at en ønsket utforming av forplantningsbaner (2) 'frembringes ved å fjerne uønskede områder av den påførte film (10) fra substratsjiktet (9) ved hjelp av en prosess som går ut på selektiv etsing.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av en pyroteknisk kjede som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved at substratsjiktet (9) selektivt maskeres før påføringen, for derved å kunne påføre filmen (10) langs en ønsket utforming av forplantningsbaner (2) for reaksjonen.