SE505912C2 - Pyroteknisk laddning för sprängkapslar - Google Patents

Description

"tingelser. 505 912 2 får ej påverkas signifikant av omgivande betingelser el- ler åldrande. Laddningarna måste uppvisa reproducerbara tändningsegenskaper men ändock vara okänsliga för stötar friktion och elektriska urladd- eller slag, vibrationer, ningar. Den nominella brinnhastigheten bör vara justerbar med hjälp av små laddningsmodifikationer. Laddningsbland- ningen måste vara enkel och säker att framställa, dosera och pressa och inte alltför känslig för produktionsbe- Det finns ett växande krav på att laddningarna inte får innehålla toxiska substanser och att framställ- ningarna kan ske utan användning av betingelser som inne- bär hälsorisker, såsom användning av lösningsmedel. Även om pyrotekniska laddningar i allmänhet kan be- traktas som blandningar av ett bränsle och ett oxida- tionsmedel, och därmed många kompositioner borde finnas potentiellt tillgängliga, begränsar de ovan angivna kra- ven tillsammans signifikant valet av lämpliga initialkom- positioner. Det föreligger dock behov av ytterligare för- bättringar, både med avseende på funktion och med tanke på att hittills utnyttjade föreningar för ifrågavarande syfte, såsom bly- eller kromatföreningar, blir mindre tillgängliga och mindre accepterade.

ALLMÄN BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en sprängkapsel, och pyrotekniska ladd- ningar för användning däri, med förbättrad funktion och förbättrade egenskaper i ovannämnda avseenden.

Ett mera konkret ändamål är att tillhandahålla såda- na produkter med stabila egenskaper vad beträffar brinn- hastighet, åldrande och miljömässig inverkan vid till- verkning, Ett annat ändamål är att tillhandahålla sådana pro- lagring och användnig. dukter med tillförlitliga egenskaper men vilka ändock är säkra mot oavsiktlig initiering. Ännu ett annat ändamål är att tillhandahålla sådana produkter med komponenter vilka är mindre hälsovådliga. 10 15 20 25 30 35 3 505-912 Ytterligare ett ändamål är att tillhandahålla sådana produkter som möjliggör utnyttjande av säkra och miljö- mässigt oskadliga betingelser. Ännu ett annat ändamål är att tillhandahålla sådana produkter med mycket varierande egenskaper, vilka därmed är användbara som snabba överförings- eller omvandlings- laddningar, fördröjningsladdningar, tätningsladdningar och snabba tändladdningar för sekundärsprängämnen.

Dessa ändamål uppnås medelst de karakteristika som anges i de bilagda patentkraven.

Enligt den bredaste aspekten av uppfinningen inne- fattar den pyrotekniska kedjan åtmistone en laddning, el- ler sats, innefattande minst ett redoxpar av ett metall- reduktionsmedel och ett metalloxidoxidationsmedel där re- duktionsmedlet och oxidationsmedlet uppvisar förmåga att reagera under värmeutveckling så att det som produkt bil- das en oxid av nämnda metallreduktionsmedel och en metall av nämnda metalloxidoxidationsmedel.

Genom användning av det definierade systemet, vilket i princip reagerar genom s.k. inversion av metall/oxid- systemet under utveckling av värme, uppnås ett flertal av ovan angivna ändamål. Metall är närvarande före, under och efter reaktionen, varigenom man försäkrar sig om hög elektrisk ledningsförmàga och värmeledningsförmåga. Elek- trisk ledningsförmága innebär minskade risker för oav- siktlig tändning medelst statisk elektricitet eller andra elektriska störningar. Hög värmeledningsförmåga innebär liten risk för oavsiktlig tändning via lokal överhettning medelst friktion, slag eller på annat sätt, under det att man försäkrar sig om goda tändningsegenskaper från den reagerade laddningen eller satsen medelst hög och för- dröjd värmeöverföring. Närvaro av smält metall i reak- tionsprodukterna förstärker de sistnämnda egenskaperna, Metalloxider är allmänt sett stabila produkter också i närvaro av vatten, vilket även gäller för metaller, ofta via ytpassivering, vilket ger goda åldringsegenskaper och tillåter framställning av laddningen i vattensuspensio- 10 15 20 25 30 35 505 912 4 ner, vilket också sannolikt förklarar observerad invaria- bilitet eller oföränderlighet i fråga om reaktionshastig- het i närvaro av fukt. Komponenterna i system med förmåga att genomgå ifrågavarande inversionsreaktion är allmänt sett icke-toxiska och oskadliga ur miljösynpunkt. Ett an- nat värdefullt särdrag för system med förmåga att reagera under ifrågavarande inversion är att de gör detta under väsentlig värmeutveckling, vilket bidrar inte enbart till *goda tändningsegenskaper utan, vilket är ännu viktigare, också till begränsad spridning vad beträffar reaktions- tid, delvis som en följd av reaktionsoberoende av initia- la temperaturbetingelser.

Vid användningar i sprängkapslar är det speciellt fördelaktigt om laddningarna kan användas för olika syf- ten och uppfylla ett flertal krav samtidigt. Ifrågavaran- de laddningar kan användas som snabb-brinnande överfö- ringsladdningar, där man utnyttjar reaktionens-förmåga att bilda rikligt med gasformiga mellanprodukter, även om den totala reaktionen är väsentligen gasfri, vilket ger hög tändnings- och reaktionshastighet i porösa laddning- ar. Laddningarna kan användas för pyrotekniska fördröj- ningar, varvid man utnyttjar laddningens stabilitet under olika betingelser, den stabila brinnhastigheten och för- mågan att variera brinnhastigheten genom tillsats av inerta tillsatsmedel. Laddningarna kan användas som tät- ningsladdningar för reglering av gaspenetrationen, varvid man utnyttjar de utmärkta slaggbildningsegenskaperna hos vilka lätt kan för- bättras ytterligare genom tillsats av armeringsmaterial den smälta metallreaktionsprodukten, eller fyllmedel. Laddningarna kan också användas som tändningsladdningar för sekundärsprängämnen, i huvudsak i sprängkapslar av icke-primärsprängämnestyp, där man ut- nyttjar hela omràdet av kompositionens effektiva initie- ringskapacitet, innefattande höga temperaturer och åter- eller bak-tätning, för utvecklande av den mycket snabba och tillförlitliga tändningsfront som behövs för denna detonationsmekanism. 10 15 20 25 30 35 505 912 Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen torde framgå av nedanstående detaljerade beskrivning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Många pyrotekniska kompositioner innehåller ett re- doxpar, vari ett reduktionsmedel och ett oxidationsmedel uppvisar förmåga att reagera under värmeutveckling. Ut- märkande för föreliggande uppfinning är emellertid att 'reduktionsmedlet är en metall, att oxidationsmedlet är en metalloxid och att redoxparet uppvisar förmåga att reage- ra under oxidation av det ursprungliga metallreduktions- medlet och reduktion till metall av det ursprungliga me- talloxidoxidationsmedlet.

Det värme som utvecklas under reaktionen bör vara tillräckligt för att kvarlämna åtminstone en del och fö- reträdesvis allt av metallslutprodukten i smält form.

Ifrågavarande värme behöver inte vara tillräckligt för att smälta några av de ytterligare komponenter som sättes till systemet, såsom inerta fyllmedel, överskott av reak- tanter eller komponenter för andra reaktiva pyrotekniska system. I huvudsak gäller för reaktionen att det ur- sprungliga metallreduktionsmedlet ersätter metallen i ox- iden, vilket kan beskrivas som en ”inversion” av me- tall/oxidsystemet. För att detta skall ske skall metall- reduktionsmedlet ha högre affinitet för ifrågavarande sy- re än metallen i oxiden. Exakta betingelser för detta är svåra att ge, men som generell indikation eller regel gäller i den elektrokemiska serien, då man beaktar reak- tioner motsvarande den faktiska valensförändringen till elementär metall, att metallreduktionsmedlet bör vara åt- minstone 0,5, företrädesvis åtminstone 0,75 och ännu hellre átminstone 1, volt mera elektronegativt än metal- len i metalloxiden.

Lämpliga metallreduktionsmedel kan väljas ur de grupper i det periodiska systemet som börjar med Be, B respektiva C, och företrädesvis ur de perioder i det pe- riodiska systemet vilka börjar med Li, Na respektive K. 10 15 20 25 30 35 fdiska systemet vilka börjar med K, Rb eller Cs. 505 912 6 Av dessa innefattar speciellt föredragna metallreduk- tionsmedel Al, Si eller Ca, där kisel i föreliggande fall fungerar som metall även om den ofta betraktas som halv- ledare, varvid metallreduktionsmedlet allra helst inne- fattar eller består av Al.

Lämpliga metalloxidoxidationsmedel kan väljas ur de grupper i det periodiska systemet vilka börjar med Be el- ler högre och företrädesvis ur de perioder av det perio- Bland dessa gäller att speciellt föredragna metalloxidoxida- tionsmedel är oxider av Ba, Bi, Ti, Zr, Cr, W, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, trädesvis gäller att metalloxidoxidationsmedlet väljes Si och Sn eller blandningar därav, och före- bland oxider av Bi, Fe, Mn, Zn och Cu eller blandningar därav. Ännu mera föredraget är det att metalloxidoxida- tionsmedlet väljes bland oxider av Fe och Mn eller bland- ningar därav, och allra helst gäller att metalloxidoxida- tionsmedlet innefattar oxid av Fe, varvid oxiden av Fe speciellt är ferrioxid.

Såsom uttrycket ”system” användes häri, avser det pyrotekniska redoxpar i allmänhet, medan ”komposition” avser föreningar och deras mängdsamband och "sats" eller liknande avser satsnings- eller fyllnadskarakteristika för kompositionerna, såsom storlek och form, partikelsär- drag samt densitet eller pressbetingelser.

Såsom har omtalats ovan uppvisar laddningarna enligt uppfinningen förmåga att ge höga förbränningstemperatu- rer, vilket är fördelaktigt vid flertalet av de avsedda användningarna. Som ett mått på förbränningstemperaturen kan man använda den teoretiskt beräknade sluttemperaturen vid en reaktion fram till slutlig jämvikt mellan närva- rande reaktanter i ett mekaniskt och termiskt isolerat system under de densitets- och koncentrationsbetingelser som i realiteten föreligger i ifrågavarande laddning.

Detta mått är oberoende av laddningens eller satsens brinnhastighet, gaspermeabilitet och isolering och kommer nedan att gå under benämningen "ideal" brinntemperatur 10 15 20 25 30 35 505* 912 för laddningen. Den ideala brinntemperaturen kan fungera som approximation för den faktiska brinntemperaturen för laddningar med hög brinnhastighet, liten gaspermeabili- tet, stora fysikaliska dimensioner eller i övrigt små förluster till omgivningen. För laddningar som ej kan sä- gas approximativt satisfiera sistnämnda betingelser bör en ”faktisk” brinntemperatur bestämmas genom mätningar.

Detta kan exempelvis ske genom införande av ett termoele- "ment i laddningen, genom registrering av emissionsspektra fràn laddningen vid reaktion i transparent material eller fràn en optisk fiber anordnad i laddningen eller på något annat sätt. När laddningens förbränningstemperatur är en faktor, sàsom kommer att diskuteras ytterligare nedan, bör den ideala brinntemperaturen överstiga 2000° Kelvin, varvid den företrädesvis bör överstiga 2300° och allra helst överstiga 2600° Kelvin. Laddningens komposition och geometri bör företrädesvis vara sådana att den'faktiska brinntemperaturen överstiger 60, företrädesvis överstiger 70 och allra helst överstiger 80, procent av den ideala brinntemperaturen uttryckt i grader Kelvin.

Pyrotekniska laddningar för sprängkapslar är i hu- vudsak inneslutna däri, och det föreligger ett allmänt krav på att reaktionen skall vara väsentligen gasfri så att sprängkapselstrukturen inte förstörs. Föreliggande kompositioner, vilka omfattar ett metall- och metalloxid- par báde som reaktanter och som produkter, uppfyller på ett utmärkt sätt kravet på gasfria betingelser för den totala reaktionen.

Det antas emellertid att åtminstone vissa av de goda brinnegenskaperna och tändningsegenskaperna för komposi- tionerna beror pà att det bildas gasformiga mellanproduk- ter vilka ej är närvarande i andra liknande kompositio- ner. Åtminstone delvis beroende på den höga reaktionstem- peraturen i kombination med relativt làg kokpunkt för me- tallen antas reduktionsmedel vilka uppfyller ovannämnda betingelser generera temporära gas- eller àngmellanpro- dukter av metallreduktionsmedlet. 10 l5 20 25 30 35 505 912 Effekten kan förstärkas genom tillsats av någon an- nan lätt förångningsbar komponent, även om det föredragna sättet för detta ändamål är att använda ett överskott av metallreduktionsmedlet, vilken kompositionstyp i fort- sättningen kommer att benämnas "gasförstärkta” komposi- tioner. Alltför stora mängder kommer emellertid att kyla kompositionen och motverka gasbildningen. Följaktligen ligger i sådana kompositioner mängden av metallreduk- 'tionsmedel företrädesvis mellan 1 och 12 gånger, där gränserna ej är inräknade, den mängd som är stökio- metriskt erforderlig för att reducera mängden av metall- oxidoxidationsmedel. Ännu hellre gäller att mängden av metallreduktionsmedlet ligger mellan l,l och 6 gånger nämnda mängd, och allra helst gäller att mängden av me- tallreduktionsmedlet ligger mellan 1,5 och 4 gånger nämn- da mängd.

Såsom kommer att diskuteras ytterligare nèdan kan de gasförstärkta kompositionerna allmänt sett användas för de häri angivna syftena, såsom snabbt brinnande överfö- ringsladdningar eller tändningsladdningar för i synnerhet porösa andra laddningar. Stökiometriskt balanserade kom- positioner kan användas för högsta laddningstemperatur.

Kompositioner som är underbalanserade med avseende på me- tallreduktionsmedel leder till att oreagerad metalloxid kvarlämnas i slutprodukten, vilken kan fungera som fyll- medel eller utdrygningsmedel i den resulterande slaggen.

Av flera skäl kan det vara önskvärt att införliva en mer eller mindre inert fast komponent i kompositionen, t.ex. för att påverka brinnhastigheten för kompositionen eller för att påverka slaggegenskaperna. Användning av en inert fast komponent, vilken är en förening som också är en produkt från reaktionen, är fördelaktig därigenom att den ej förändrar systemets egenskaper och ej reducerar ovannämnda bildning av gasformiga mellanprodukter. Till- sats av metalloxidslutprodukten föredras, t.ex. i syfte att reducera reaktionshastigheten utan att alltför stor kylning uppträder. Även om tillsats av slutprodukter från 10 15 20 25 30 35 505 912 det använda faktiska systemet föredras, är det möjligt att tillsätta slutprodukter från ett annat inversionssys- tem enligt ovanstående definition. Föreningar för inver- sionssystem vilka har befunnits ha viss generell använd- barhet är aluminiumoxid, kiseloxid eller blandningar där- av. Den inerta fasta komponenten kan också vara en parti- kelformig metall, vilken bland annat bidrar till starka slaggprodukter. Sådana kompositioner kommer i fortsätt- "ningen att gå under benämningen ”metallarmerade” eller "metallförstärkta". tillsatsmedel i de metallförstärkta kompositionerna. Den slutproduktmetall som bildas vid reaktionen föreligger Slutproduktmetallen kan användas som normalt i smält form och ifrågavarande tillsats kan exem- pelvis ge en blandning av smält och icke smält metall, vilken är lämpad för bildning av både starka och imperme- abla slagger.

Bättre kontroll eller reglering jämfört med denna partiella smältning uppnås om metallen är fast vid reak- tionstemperaturen för laddningen, vilket exempelvis upp- nås genom tillsats av en annan fast substans än en slut- produkt och med högre smälttemperatur. Även om vilket som helst sådant material kan användas, gäller att metaller är föredragna. Speciellt användbara metaller innefattar Ti, Ni eller W eller blandningar därav och i synnerhet W eller en blandning eller legering av W med Fe. Såsom är vanligt kan andra tillsatsmedel än pyrotekniska tillsats- medel införlivas i blandningarna, t.ex. i syfte att för- bättra de fririnnande egenskaperna eller pressbarheten eller bindemedelstillsatsmedel i syfte att förbättra ko- hesion eller möjliggöra granulering, t.ex. lermaterial eller karboximetylcellulosa. Tillsatsmedel för dessa än- damål används normalt i små mängder, i synnerhet om till- satsmedlen genererar permanenta gaser, t.ex. under 4 viktprocent, företrädesvis under 2 viktprocent och ofta t o m under l viktprocent.

Företrädesvis gäller att laddningarna på normalt sätt omfattar pulverblandningar. Partikelstorleken kan 10 15 20 25 30 35 505 912 10 också utnyttjas för att påverka brinnhastigheten. Parti- kelstorleken, uttryckt som medelvärde av viktbaserade fraktioner, för blandningens huvudkomponent kan ligga mellan 0,01 och 100 um och i synnerhet mellan 0,1 och 10 um. Ifràgavarande pulver kan företrädesvis vara granuler- de, vilket underlättar doseringen och pressningen, t.ex. till en storlek mellan 0,1 och 2 mm eller företrädesvis mellan 0,2 och 0,8 mm. Granuler bildas företrädesvis av *en blandning av åtminstone redoxparkomponenterna. Även om kompositionerna är relativt okänsliga för oavsiktlig initiering i torrt tillstànd, är det föredra- get att blanda och framställa kompositionerna i vätske- fas, företrädesvis ett vattenbaserat medium eller i hu- vudsak rent vatten. Blandningen kan granuleras från vätskefasen på konventionellt sätt.

Laddningens brinnhastighet kan varieras inom vida gränser beroende på det avsedda syftet, vilket'kommer att förklaras mera nedan. I grova drag gäller att brinnhas- tigheten kan variera mellan 0,001 och 50 m/sek, i synner- het mellan 0,005 och 10 m/sek. Brinnhastigheter över 50 och synnerhet över 100 m/sek medför normalt laddningsbe- tingelser som är olämpliga eller icketypiska för spräng- kapselapplikationer. Såsom har omtalats ovan kan brinn- hastigheten påverkas på flera sätt, nämligen genom val av redoxsystem, stökiometrisk balans mellan reaktanterna, användning av inerta tillsatsmedel, laddningspartikel- storlekar och pressdensitet.

Inga generella gränser kan anges för pressdensite- ten, eftersom laddningarna kan användas från helt okom- pakterad form upp till starkt pressade sådana. För att de skall vara kvalificerade som laddningar för föreliggande ändamål bör emellertid tillräckliga mängder av bestånds- delarna vara närvarande för att pressning skall möjlig- göras, dvs utbredningen bör i samtliga tre laddnings- och företrädesvis åtskil- i fallet med dimensioner vara flera gånger, liga gånger, större än partikelstorlekarna, granulerat material jämfört med åtminstone primärpartik- 10 15 20 25 30 35 11505 912- larna för granulerna.

Såsom omtalades inledningsvis kan de ovan beskrivna laddningarna användas generellt för pyrotekniska ändamål, men de är av speciellt värde i detonatorer eller spräng- kapslar, i första hand för kommersiella sprängningsappli- kationer. Vanligtvis innefattar en sådan sprängkapsel ett hölje med en basladdning av sekundärsprängämne anordnad i ena änden, tändorgan anordnade vid den motsatta änden -'samt en mellanliggande del eller ett mellanliggande ut- rymme med en pyroteknisk kedja med förmåga att omvandla en tändningspuls från tändorganet till en detonation av basladdningen.

Tändorganet kan vara av vilket som helst känt slag, såsom en elektriskt initierad tändpärla, säkerhetsstubin, svag detonerande kord, stötvågskanalstubin av lågenergi- typ (t.ex. NONEL, registrerat varumärke), exploderande tråd eller film, beroptik, elektroniska anordningar, etc. föreliggande laddningar föredras värmegenererande tänd- laserpulser avgivna via exempelvis fi- För tändning av organ.

Den pyrotekniska kedjan kan innefatta en fördröj- ningsladdning, vanligtvis i form av en kolonn inrymd i ett i huvudsak cylindriskt element. Kedjan kan också in- nefatta överföringsladdningar för förstärkning av brin- nandet eller underlättande av tändningen av långsamma el- ler tröga laddningar och kan dessutom innefatta tätnings- laddningar för kontroll eller reglering av gaspermeabili- teten. En sista del av kedjan är ett steg där det i hu- vudsak värmegenererande brinnandet i de pyrotekniska laddningarna omvandlas till en stötvåg och en detonation av basladdningen.

Konventionellt har detta åstadkommits genom införli- vände av en liten mängd primärsprängämne intill det se- kundärsprängämne som skall bringas att detonera. Pri- märsprängämnen detonerar snabbt och tillförlitligt då de utsättes för värme eller svag stöt. Utvecklingar under senare tid har gjort det möjligt att utforma en kommer- 10 15 20 25 30 35 505 912 siell sprängkapsel av icke-primärsprängämnestyp (i fort- sättningen benämnd ”NPED”), vari primärsprängämnet är er- satt med något slag av mekanism, vilket kommer att disku- teras mera nedan, för direkt generering av detonation i ett sekundärsprängämne.

Enligt uppfinningen kan de beskrivna kompositionerna användas som snabba överföringsladdningar för att ta upp och förstärka svaga brinnpulser eller för att underlätta "tändningen av långsamma eller tröga kompositioner. Kompo- sitionerna är lämpade för detta ändamål tack vare sin hö- ga brinnhastighet och sin låga tidsspridning, sitt ringa tryckberoende, sin enkla initiering, sin okänslighet för oavsiktlig initiering samt sin tändningsförmåga jämfört med andra laddningar. Kompositionen är företrädesvis gas- förstärkt enligt ovanstående definition. Det är föredra- get att laddningen i den pyrotekniska kedjan utgör eller är en del av en överföringsladdning anordnad vid tändor- ganet för överföring av tändpulsen fràn tändorganet till efterföljande delar av den pyrotekniska kedjan. För att reaktionshastigheten och tändningskänsligheten skall upp- rätthàllas bör laddningens porositet vara hög och press- densiteten låg. Laddningsdensiteten motsvarar företrädes- vis en presskraft understigande 100 MPa och ännu hellre understigande 10 MPa, och i huvudsak opressade laddningar kan utnyttjas. Laddningen innehåller med fördel granule- rat material och är företrädesvis pressad med en kraft som är tillräcklig för att maximal porositet i laddningen skall erhållas.

Laddningens brinnhastighet kan överstiga 0,1 och överstiger företrädesvis 1 m/sek. Endast små laddningar behövs för det avsedda syftet, och företrädesvis är ladd- ningsmängden tillräckligt liten för att ge en fördröj- ningstid i nämnda överföringsladdning vilken är mindre än 1 msek och företrädesvis mindre än 0,5 msek.

Normalt och företrädesvis finns det ingen ytterliga- re laddning vid tändorganet, utan överföringsladdningen, eller en inert inneslutning för denna, är direkt vänd mot 10 15 20 25 30 35 5935 912 tändorganet. Ett luftgap kan föreligga mellan laddningen och tändorganet med förmåga att överbrygga gapet, såsom en tändpärla eller en stötvàgstubin, vilket underlättar tillverkningen. Tändorganet kan också vara inbäddat i laddningen, vilket befrämjar upptaget av tändpulsen. I det sistnämnda fallet kan en speciell fördel uppnås i kombination med elektriska tändorgan, eftersom den elek- triskt ledande naturen hos föreliggande kompositioner -'möjliggör direkt tändning via gnista, tändbrygga eller ledning genom själva laddningen, så att tändprocessen säkras eller så att ett enkelt tändorgan kan användas, såsom ett elektriskt gap utan någon tändpärla.

Den andra änden av överföringsladdningen kan vara vänd mot vilken som helst annan laddning i den pyrotek- niska kedjan, varvid det dock vanligast är fråga om en fördröjningsladdning, eventuellt via en annan laddning.

Det är föredraget att laddningen nedströms är någon av de övriga häri beskrivna laddningarna, dvs kompositionerna använda i tätnings-, fördröjnings- eller tändningsladd- ningar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen utgör en laddning innehållande kompositionerna en fördröjningsladdning eller en del därav, varvid man bl.a. utnyttjar den tillförlitliga och reproducerbara brinnhas- tigheten, det ringa beroendet av yttre betingelser, vari- erbarheten i fråga om hastighet samt den enkla tillverk- ningen.

Fördröjningsladdningar pressas normalt till högre än pulverskrymdensitet, och företrädesvis motsvarar ladd- ningsdensiteten en presskraft överstigande 10 MPa och än- nu hellre överstigande 100 MPa. Laddningen kan ha en den- sitet överstigande 1 g/cma och företrädesvis överstigande 1,5 g/cm3. För fördröjningsändamâl bör kompositionen inte ha alltför hög reaktionshastighet, och företrädesvis gäl- ler att laddningens brinnhastighet är lägre än 1 och ännu hellre lägre än 0,3 m/sek. Vanligtvis är hastigheten hög- re än 0,001 och företrädesvis högre än 0,005 m/sek. Det 10 15 20 25 30 35 505 912_ M är lämpligt att laddningsmängden är tillräckligt stor för att ge en fördröjningstid i ifrågavarande fördröjnings- laddning av mera än l msek och företrädesvis mera än 5 msek.

Brinnhastigheten kan påverkas medelst vilken som helst av de beskrivna allmänna metoderna, även om ett fö- redraget sätt för att öka hastigheten är att använda de definierade gasförstärkta kompositionerna, och ett före- 'draget sätt för att minska hastigheten är att tillsätta ett fyllmedel, företrädesvis en slutprodukt från reaktio- nen och i synnerhet metalloxiden. Aluminiumoxider och ki- seloxider har visat sig vara användbara fyllmedel obero- Fyll- medelsmängden kan ligga inom omrâdet från 10 viktprocent ende av det faktiska inversionssystem som användes. till 1000 viktprocent men ligger företrädesvis inom områ- det från 20 till 100 viktprocent av de reaktiva komponen- terna.

Ett andra föredraget sätt för att minska hastigheten är att välja halvmetallerna som det definierade metallre- duktionsmedlet och i synnerhet kisel.

Sammanfattningsvis är det möjligt att använda samt- liga häri beskrivna kompositioner för fördröjningsända- mål, även om de metallförstärkta och i synnerhet de gas- förstärkta kompositionerna är föredragna, varvid de sist- nämnda företrädesvis utnyttjas med hastighetsreducerande tillsatsmedel enligt ovanstående beskrivning.

Fördröjningssatsen kan pressas direkt i sprängkap- selhöljet mot den efterföljande laddningen i den pyrotek- niska kedjan, vilken lösning är föredragen för små ladd- ningar och korta fördröjningstider. För större laddningar kan fördröjningsladdningen inneslutas i ett element pla- cerat inuti höljet i enlighet med konventionell praxis.

Fördröjningskompositionskolonnen kan pressas i en opera- tion men pressas företrädesvis stegvis i fallet med läng- re kolonner. Typiska laddningslängder är mellan 1 och l00 mm och i synnerhet mellan 2 och 50 mm.

I fallet med konstruktioner av NPED-typ är ett upp- 10 15 20 25 30 35 505 912 ströms anordnat sekundärsprängämne normalt inneslutet i ett separat hölje eller element, och i detta fall innebär en tredje möjlighet att man anordnar en del av hela för- dröjningssatsen inuti samma inneslutning.

Uppströmsänden av fördröjningssatsen kan vara för- sedd med organ som begränsar bakflöde eller återströmning av gaser och laddningspartiklar, vilket ytterligare för- bättrar stabiliteten med avseende pà brinnhastigheten, 'företrädesvis en slaggbildande laddning och allra helst en tätningsladdning såsom dessa har beskrivits häri.

Den andra änden av fördröjningsladdningen kan vara vänd mot någon ytterligare laddning i den pyrotekniska kedjan men kan också föreligga i kontakt med en primär- eller sekundärladdning, eventuellt via en liten mängd av ytterligare någon laddning. Primärsprängämnen kan lätt bringas att detonera medelst fördröjningsladdningen och sekundärsprängämnen tända därigenom, i det sistnämnda fallet företrädesvis över en tätnings- eller tändnings- laddning såsom dessa har beskrivits häri.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen ut- nyttjas kompositionerna i en laddning som utgör eller är en del av en tätnings- eller förseglingsladdning, vilken retarderar eller förhindrar passage av gaser efter det att laddningen har reagerat. Tätningsladdningen bör också vara mekaniskt stark. Reaktionsbeteendet i pyrotekniska laddningar är starkt beroende av gastrycket och ett re- producerbart brinnande är beroende av reglerad uppbyggnad och bibehållande av tryck. Även s.k. gaslösa kompositio- ner ger en tryckökning och potentiellt àterflöde av gaser beroende på gasformiga mellanprodukter eller uppvärmning av gas närvarande i laddningsporerna. Koherensen i pres- sade pulverladdningar är också begränsad och tryck kan framkalla brott.

Föreliggande kompositioner är mycket väl lämpade för användning som tätningsladdningar tack vare den goda slaggbildande och tätande förmågan i smält metall, vilken kan förbättras ytterligare medelst armerande eller för- 10 15 20 25 30 35 505 912 16 stärkande tillsatsmedel. För dessa ändamål är det fördel- aktigt att använda relativt höga laddningstätheter eller -densiteter. Pöreträdesvis motsvarar laddningsdensiteten en presskraft överstigande 10 MPa och ännu hellre över- stigande 100 Mpa. I absoluta termer kan den pressade tät- ningsladdningen ha en densitet överstigande 1,5 9/cm3 och företrädesvis överstigande 2 g/cma. Laddningarna tenderar att ha medelhög brinnhastighet, vilken företrädesvis lig- “ger över 0,01 och ännu hellre över 0,1 m/sek, men hastig- heten ligger ofta under l m/sek. Även om laddningen kan användas som fördröjnings- laddning, för vilken typiska fördröjningstider har redo- visats ovan, hålles den vanligtvis liten då den användes enbart för tätningsändamål, och företrädesvis gäller att laddningsmängden därvid är tillräckligt liten för att ge en fördröjningstid i tätningsladdningen på mindre än 1 sek och ännu hellre mindre än 100 msek.

Vad beträffar sammansättningen gäller att förelig- gande redoxsystem allmänt sett är användbart som tät- ningskomposition då det bibringas ovan beskriven konfigu- ration. Närvaro av överskott av metallreduktionsmedel i de gasförstärkta kompositionerna förbättrar detta ytter- ligare.

Det är föredraget att införliva inerta fyllmedel i bl.a. ciellt föredragna i detta avseende är metallförstärkta kompositionen, för att minska permeabiliteten. Spe- kompositioner enligt ovanstående definition, varvid samma föredragna utföringsformer gäller även i detta fall då de bildade slaggerna är såväl mekaniskt starka som starkt gasimpermeabla. I detta fall är den stökiometriska balan- sen mellan metall- och metalloxidreaktanter mindre kri- tisk, der, eftersom fyllmedlet tenderar att utjämna skillna- och såväl över- som underbalanserade kompositioner. kan utnyttjas efter behov, t.ex. för justering av brinn- hastigheten. Allmänt sett gäller dock att en stökio- metrisk balans motsvarande de gasförstärkta kompositio- nerna föredras. Mängden fyllmedel kan varieras inom vida 10 15 20 25 30 35 505 912' 17 gränser men som indikation kan nämnas att fyllmedelsmäng- den ligger mellan 20 och 80 volymprocent och företrädes- vis mellan 30 och 70 volymprocent.

I sprängkapseln kan tätningsladdningen användas överallt där tätnings- eller förstärkningseffekten öns- kas. En viktig applikation är att täta fördröjningssatser mot bak- eller àterströmning, så att deras brinnegenska- per därigenom stabiliseras. För detta ändamål bör tät- "ningsladdningen i den pyrotekniska kedjan vara belägen före fördröjningsladdningen. Andra pyrotekniska laddning- ar kan vara närvarande mellan tätnings- och fördröjnings- laddningarna, men tack vare dess goda tändningsfunktion kan tätningsladdningen med fördel anordnas i direkt kon- takt med fördröjningsladdningen. Vilken som helst för- dröjningsladdning kan användas, även om de häri beskrivna fördröjningsladdningarna är av speciellt värde. Om för- dröjningsladdningen är inrymd i ett speciellt element el- ler hölje, är det lämpligt men ej nödvändigt att pressa tätningsladdningen i samma struktur.

En annan viktig användning är i sprängkapslar av NPED-typ för avtätning mot tryck och àterströmning av gaser, vilket är ett område där ett sekundärsprängämne tänds för omedelbar övergång till detonation. I detta fall är det viktigt med snabb tändnig, små gasförluster och upprätthållen strukturell integritet för ifrågavaran- de area. För detta ändamål bör tätningsladdningen place- ras omedelbart före sekundärsprängämnet. Tätningsladd- ningen har tillräckligt goda tändningsegenskaper för att kunna användas för sekundärsprängämnet, även om andra laddningar, företrädesvis häri beskrivna laddningar, kan anordnas däremellan. Normalt är det sekundärsprängämne som skall tändas inrymt i en inneslutning. Tätningsladd- ningen kan därvid anordnas utanför inneslutningen, men åtminstone viss del av laddningen och företrädesvis hela laddningen är företrädesvis anordnad i inneslutningen.

För en mera allmän användbarhet i sprängkapslar och för förenklad tillverkning kan en tätningsladdning pres- 10 15 20 25 30 35 505 912% N sas i ett eget element, lämpligen med en diameter anpas- sad efter det inre av sprängkapselhöljet. Såsom har omta- lats tidigare kan tätningskompositionerna med ovan angi- ven sammansättning vara användbara som sådana för för- dröjning eller tändning.

Enligt ännu en annan utföringsform används komposi- _tionerna enligt uppfinningen i den pyrotekniska kedjan i en laddning som utgör eller är en del av en tändladdning, “varvid de uppvisar förmåga att tända ett sekundärspräng- ämne till brinnande eller deflagrerande tillstånd. Hu- vudanvändningen av sådan sekundärsprängämneständning är i sprängkapslar av NPED-typ, där avsaknad av primärspräng- ämne gör det nödvändigt att tillhandahålla en mekanism för att ifrågavarande sekundärsprängämnen direkt skall övergå i detonation.

Sprängkapslar av NPED-typ har utvecklats i syfte att eliminera de säkerhetsproblem som är förknippade med all hantering av det känsliga primärsprängämnet vid tillverk- ning och användning av sprängkapslar vari sådana spräng- ämnen utnyttjas. Svårigheter har uppstått då man har för- sökt att applicera NPED-principer på kommersiella spräng- kapslar för sprängning av berg eller sten, där speciella arrangemang och övergångsmekanismer erfordras.

Tändanordningar av typ exploderande tråd eller ex- enligt FR 2 242 899, måga att skapa en stötvàg av tillräcklig storlek för att ploderande film, t.ex. uppvisar för- direkt åstadkomma detonation i sekundärsprängämnen om tändningsanordningarna matas med höga momentana elektris- ka strömmar. De är ej lämpade för kommersiella använd- ningar beroende pà de avancerade sprängningsmaskiner som erfordras och beroende pà att de ej är kombinerbara med vanliga pyrotekniska fördröjningar.

Under lämpliga betingelser uppvisar sekundärspräng- ämnen förmåga att undergå en övergång från deflagration (DDT). normalt tjockare inneslutning och större mängder av till detonation Ifràgavarande betingelser kräver sprängämnet än vad som kan accepteras i kommersiella lO 15 20 25 30 35 19505 912~ sprängkapslar. Ett exempel härpå beskrivs i US 3 212 439.

En annan NPED-typ, som exemplifieras i US pa- tentskrift 3 978 791, 4 144 814 och 4 239 004, utnyttjar initierat och deflagrerande sekundärt donatorsprängämne för acceleration av en slagskiva avsedd att träffa en re- ceptorladdning av sekundärsprängämne med tillräcklig has- tighet för att detonation av receptorladdningen skall ske. För att de skall kunna motstå de involverade kraf- ~'terna är dessa konstruktioner stora, mekaniskt klumpiga och inte helt tillförlitliga. En liknande konstruktion beskrives i WO 90/07689.

Patentskrifterna US 4 727 808 och SE 462 092 beskri- ver en annan NPED-typ baserad på DDT-mekanismen. Denna konstruktion möjliggör tändning med större delen av de konventionella tändningsanordningarna, samtidigt som den kan framställas under användning av konventionell utrust- ning för sprängkapslar, kan inrymmas i normala'sprängkap- selhöljen och kan bringas att detonera på ett tillförlit- ligt sätt med enbart mindre inneslutning av sekundär- sprängämnesladdningen. Initieringstillförlitligheten är emellertid beroende av en viss utformning eller uppdel- ning av sprängämnet där övergången planeras äga rum.

Allmänna problem i samband med kända NPED-utform- ningar är att åstadkomma tillräckligt snabb övergång till detonation för att man skall erhålla både tillförlitlig tändning och tillfredsställande tidsprecision samt att åstadkomma detta i kombination med vanliga pyrotekniska laddningar. I sprängkapslar av NPED-typ är hastigheten av synnerligen stor betydelse i sekundärsprängämnessekven- serna. Detonation mäste åstadkommas snabbt så att man undviker att sprängkapselstrukturerna förstörs för tidigt av expansionskrafterna från det reagerande sprängämnet.

Långsam tändning innebär också breddad tidsspridning, vilket är av betydelse för såväl momentana som fördröjda sprängkapslar. Snabb tändning antas också ge en jämnare brinnfront, vilket optimerar tryckuppbyggnaden. Dessa faktorer är viktiga i samtliga av de ovan omtalade NPED- lO 15 20 25 30 35 505 912 20 typerna. Vid DDT-mekanismen måste övergàngszonen vara så kort som möjligt och vid mekanismen med flygande skiva måste snabb förbränning av den sekundära donatorsprängäm- nesladdningen, skjuvning av plattan och acceleration ske innan donatorladdningskammaren sprängs sönder.

De häri beskrivna kompositionerna har visat sig vara utmärkta tändningskompositioner för sekundärsprängämnen utnyttjar vid ovannämnda användningar, varvid man bl.a. fden varma och fördröjda tändningspulsen från laddningarna innehållande det angivna redoxsystemet för att skapa en snabb och tillförlitlig initiering av sekundärsprängämne- na. Även om kompositionerna allmänt sett är lämpliga för detta ändamål, barhet. nerna, med samma föredragna utföringsformer, är vissa kombinationer av speciell använd- De tidigare beskrivna gasförstärkta kompositio- varför dessa inte behöver upprepas här, är fördelaktiga, i synnerhet då det sekundära sprängämne som skall tändas uppvisar en I dessa fall ligger densiteten för sekundärsprängämnet närmast ladd- viss porositet i den del som skall tändas. ningen företrädesvis mellan 40 och 90% och ännu hellre mellan 50 och 80% av sekundärsprängämnets kristalldensi- tet. företrädesvis mellan l och 10 MPa. Hårt pressat sekun- Lämpliga presskrafter kan vara mellan 0,1 och 50 och därsprängämne är svårt att tända, men då tändning väl har àstadkommits, sker den fortsatta reaktionen snabbt. För sådana laddningar kan gasrika tändningsladdningar använ- das, men kompositionerna kan väljas mera fritt. Det är speciellt föredraget att utnyttja fyllmedelshaltiga kom- positioner för detta ändamål och i synnerhet de metall- förstärkta kompositionerna, varvid föredragna utförings- former är desamma som tidigare, varför dessa inte behöver upprepas här. Även om dessa kompositioner kan användas för att tända sekundärsprängämnen med varierande densi- tet, är det föredraget att utnyttja dem då densiteten för sekundärsprängämnet närmast laddningen ligger mellan 60 och 100% och företrädesvis mellan 70 och 99% av sekun- 10 15 20 25 30 35 21 505 912' därsprängämnets kristalldensitet. Lämpliga presskrafter är över 10 och företrädesvis över 50 MPa, i princip utan någon övre gräns. Det är föredraget att densiteten för tändningsladdningen i någon mån är anpassad efter densi- teten för det sekundärsprängämne som skall tändas, och företrädesvis gäller att tändningsladdningen har en den- sitet, uttryckt i procent av laddningens absoluta, icke- porösa densitet, inom samma intervall som har presente- 'rats ovan för laddningarna med låg respektive hög densi- tet. De ovan angivna intervallen är enbart exemplifieran- de eller vägledande och måste testas i samband med den faktiska konstruktion och det sekundärsprängämne som ut- nyttjas.

Skillnaden mellan primär- och sekundärsprängämnen är välkänd och allmänt utnyttjad inom detta teknikområde.

För praktiska ändamål kan ett primärsprängämne definieras som en explosiv substans med förmåga att utveckla full detonation då det stimuleras med en låga eller konduktiv upphettning inom en volym på några få kubikmillimeter av substansen ifråga, och detta t o m utan någon inneslut- ning av densamma. Ett sekundärsprängämne kan ej bringas att detonera under likartade betingelser. Vanligtvis kan ett sekundärsprängämne bringas att detonera då det tänds via en låga eller konduktiv upphettning enbart då det är närvarande i mycket större mängder eller inuti en tjock inneslutning, såsom en metallbehållare med tjocka väggar, eller genom att det utsättes för mekaniskt slag mellan två hårda metallytor.

Exempel på primärsprängämnen är kvicksilverfulminat, blystyfnat, blyazid och diazodinitrofenol eller bland- ningar av två eller flera av dessa och/eller andra lik- nande substanser.

Representativa exempel på sekundärsprängämnen är pentaerytritoltetranitrat (PETN), cyklotrimetylentri- nitramin (RDX), cyklotetrametylentetranitramin (HMX), trinitrofenylmetylnitramin (Tetryl) och trinitrotoluen (TNT) eller blandningar av två eller flera av dessa 10 15 20 25 30 35 505 912 22 och/eller andra liknande substanser. En alternativ prak- tisk definition innebär att man anser ett sprängämne vara ett sekundärsprängämne då det är lika känsligt som eller mindre känsligt än PETN.

För föreliggande syften kan vilka som helst av de ovan beskrivna sekundärsprängämnena användas, även om det är föredraget att välja sekundärsprängämnen vilka är lät- tare att tända och fås att detonera, i synnerhet RDX och ”PETN eller blandningar därav.

Olika delar av ett initieringselement kan innehålla olika sekundärsprängämnen. Om elementet grovt sett är uppdelat i en deflagrationssektion och en detonationssek- tion, med det förbehàllet att den exakta placeringen av övergàngspunkten kan variera och att sektionsuppdelningen inte behöver motsvara någon fysikalisk struktur i elemen- tet, lättare att tända och fås att detonera åtminstone i de- är det föredraget att använda de sprängämnen som är flagrationssektionen, under det att sprängämnet i detona- tionssektionen kan väljas mera fritt.

Sekundäräsprängämnet kan användas i ren kristallin form, eller också kan det vara granulerat och det kan dessutom innehålla tillsatsmedel. Kristallint sprängämne är föredraget för högre pressdensitet, under det att gra- nulerat material är föredraget för lägre densitet och för porösa laddningar. Föreliggande kompositioner uppvisar förmåga att tända sekundärsprängämnen utan några till- satsmedel, även om sådana kan användas om man så önskar, t.ex. i enlighet med ovannämnda skrift SE 462 092.

Sekundärsprängämnet pressas vanligtvis till högre än skrymdensitet, t.ex. i flera steg för homogenast möjliga densitet i större laddningar eller i en enstegsoperation för mindre laddningar eller för skapande av en densitets- gradient, varvid man inom varje laddning företrädesvis åstadkommer ökande densitet i reaktionsriktningen genom att pressningen utföres i reverserad eller omkastad rikt- ning.

Föreliggande tändningsmekanism kräver ej någon fysi- lO 15 20 25 30 35 2505 912~ kalisk uppdelning av sekundärsprängämnet i en övergångs- sektion och en detonationssektion utan laddningen kan tillåtas direkt initiera en konventionell basladdning utan någon inneslutning eller någon annan inneslutning än ett konventionellt sprängkapselhölje. Det är dock före- draget att åtminstone övergångssektionen bibringas en viss inneslutnig, t.ex. medelst en radiell inneslutning motsvarande ett cylindriskt stàlhölje mellan 0,5 och 2 "mm, företrädesvis mellan 0,75 och 1,5 mm, i tjocklek.

Ett lämpligt arrangemang innebär att man införlivar både den pyrotekniska laddningen och sprängämnet i över- gångssektionen i ett gemensamt element, vilket placeras i sprängkapseln med övergångssektionen vänd mot basladd- .ningen. Ifràgavarande element kan vanligtvis utformas cy- lindriskt.

Bättre inneslutning uppnås om uppströmsänden är för- sedd med en strypning eller begränsning, företrädesvis med ett hål som möjliggör enkel tändning. Som ett alter- nativ till detta eller dessutom kan änden förses med en tätningsladdning, företrädesvis av det ovan beskrivna slaget, vilken tätningsladdning kan placeras uppströms om inneslutningen men vilken företrädesvis placeras inuti inneslutningen. Av ovanstående torde det stå klart att föreliggande kompositioner kan fungera både som tätnings- laddningar och som tändningsladdningar och att det i det- ta fall enbart behövs en laddning. I annat fall är tänd- ningsladdningen anordnad mellan tätningsladdningen och sprängämnet.

Utformningen av nedströmsänden är starkt beroende av den valda detonationsmekanismen, vilken kan vara vilken som helst av de tidigare beskrivna typerna och vilka är kända och därför inte behöver beskrivas i detalj här. En föredragen NPED-typ är den typ som finns beskriven i ovannämnda US 4 727 808 och SE 462 092, härmed upptages i föreliggande text. vars innehåll Enligt en utformningsform är sålunda det sekun- därsprängämne som skall tändas en donatorladdning för 10 15 20 25 30 35 sos 912 24 drivning av en slagskiva genom en kanal mot ett sekun- därsprängämne så att detta bringas att detonera.

Enligt en annan utföringsform är det sekundärspräng- ämne som skall tändas den första delen av en kedja för övergång från deflagration till detonation, vilken kedja dessutom företrädesvis innefattar en andra del innehål- lande sekundärsprängämne med lägre densitet än i den första delen. Gemensamt för alla dessa detonationsmeka- ”nismer är att ett sekundärsprängämne i ett tidigt skede eller steg tänds till brinnande eller deflagrerande till- stånd genom användning av i första hand värmegenererande organ, för vilket ändamål föreliggande kompositioner är utmärkt lämpade. Laddningen är anordnad vid det sprängäm- ne som skall tändas så att detta påverkas av värmet från laddningen och företrädesvis så att det föreligger di- rektkontakt mellan laddningen och sprängämnet. Ovan an- givna betingelser för föreliggande laddningar hänför sig till den del som på detta sätt utnyttjas för tändning av sprängämnet.

Laddningen kan framställas med hjälp av metoder som är vanligen använda inom detta teknikomràde. Ett föredra- get sätt innebär blandning av laddningens beståndsdelar, malning av blandningen till önskad partikelstorlek i en kvarn vilken åstadkommer mera krossningsverkan än skjuv- verkan, kompaktering av den på detta sätt framställda blandningen under högt tryck till block, krossning av dessa block för erhållande av partiklar bestående av mindre partiklar samt slutligen genomförande av en sikt- ningsoperation för erhållande av den önskade storleksre- aktionen.

Sprängkapseln kan framställas genom separat press- ning av basladdningen i den slutna änden av kapselhöljet med efterföljande pressning av de pyrotekniska laddning- arna enligt uppfinningen eller införande av de beskrivna elementen eller inneslutningarna vid basladdningen. En fördröjningsladdning kan införas tillsammans med en övre om så önskas. överföringsladdning, Tändningsanordningar 10 15 20 25 30 35 25505 912- anordnas i höljets öppna ände, som tillslutes eller för- seglas med hjälp av en plugg med signalorgan, såsom stöt- vàgsstubin eller elektriska ledare, vilka passerar genom nämnda plugg.

EXEMPEL l En pyroteknisk laddning av Al-Feflh med dubbla mäng- den Al i förhållande till stökiometriska proportioner -'pressades i ett stålrör med en utvändig diameter av 6,3 mm och en väggtjocklek av 0,8 mm. Den ena änden av detta rör var öppen och den andra innehöll ett diafragma eller membran med ett hål med diametern 1 mm. Den pyrotekniska laddningen pressades in i detta membran. Därefter pressa- des en 4 mm kolonn av PETN in i densamma och slutligen pressades en aluminiumkopp in. Dessa element tillverkades i ett antal av 100. Nämnda element pressades därefter i standardhöljen av aluminium innehållande andra'delar av sekundärsprängämnen av ett NPED-system.

Testskjutningar visade att samtliga sprängkapslar fungerade och operationstiden innefattande deflagration av Nonelröret (3,6 m) var ej mera än 4 ms.

Därefter tillverkades 100 detonatorer med samma ut- formning men med en stökiometrisk pyroteknisk komposi- tion. Vid testskjutningen erhölls tvâ "feltändningar” där PETN ej tändes. Sprängkapselns operationstid ökade till 8-10 ms.

EXEMPEL 2 20 sprängkapslar med samma utformning som i Exempel 1 tillverkades men i detta fall med ett volframfyllmedel använt i en mängd av 600% räknat pà totalvikten av redox- paret. Tjockleken av det pressade skiktet av den pyrotek- niska laddningen var 2,0 mm. Samtliga sprängkapslar fun- gerade väl. Den genomsnittliga fördröjningstiden var 25 m5. 5 10 15 20 25 30 35 sos 912 26 EXEMPEL 3 20 sprängkapslar med samma utformning som i Exempel 2 tillverkades, men i detta fall hade sprängkapslarna ej aluminiumkoppar täckande ifrågavarande sekundärsprängäm- ne.

Samtliga sprängkapslar fungerade väl med samma för- dröjningstid som i Exempel 2.

'EXEMPEL 4 40 fördröjningselement med en längd av 20 mm till- verkades. En gasfri komposition av Si+Bi2O3 pressades till en höjd av 17 mm. Vad beträffar återstående 3 mm av läng- den gäller att två olika pyrotekniska laddningar inpres- sades däri.

I de första och andra 10 sprängkapslarna pressades den pyrotekniska laddningen från Exempel 1 in, medan den pyrotekniska laddningen från Exempel 2 användes i de tredje och fjärde tio sprängkapslarna. Syftet med detta experiment var att bestämma brinntiden för fördöjnings- elementen relativt längden av ifrågavarande Nonelrör. I den första och andra uppsättningen av sprängkapslar pres- I den tredje och fjärde uppsättningen av nämnda 10 sprängkaps- sades slaggfri pyroteknisk laddning till 3 mm. lar användes en pyroteknisk laddning med fast slagg.

Tändning av fördröjningselementet utfördes från sidan av de pressade laddningarna.

De första och tredje uppsättningarna av nämnda 10 sprängkapslar hade 3,6 m långa Nonelrör, medan den andra och fjärde uppsättningen av nämnda 10 sprängkapslar hade 1 m långa Nonelrör.

Dessa försök visade att brinntiden för fördröjnings- elementen skilde sig med 40% då den slaggfria laddningen användes. Mera konkret gäller att följande resultat er- hölls: Nonel, 1 m - brinntid 480 ms; 3,6 m - brinntid 350 ms.

För laddningen med fast slagg var resultaten följan- Nonel, 10 15 20 25 30 35 505 912' 27 de: Nonel, l m - 335 ms; Nonel, 3,6 m - 355 ms.

Skillnaden i sistnämnda fall var sålunda runt 5-6%.

Av dessa försök kan man se att de pyrotekniska ladd- ningarna med fyllmedel kan fungera som tätningsladdningar för andra pyrotekniska kompositioner av den pyrotekniska kedjan.

EXEMPEL 5 En 3 mm kolonn med den metallförstärkta produkten från Exempel 2 pressades i ett 13 mm långt aluminiumrör med en utvändig diameter av 6,41 mm och en invändig dia- meter av 3,l5 mm. Därefter pressades PETN med en densitet av 95% av den kristallina formen in däri. 10 sprängkapslar tillverkades pà samma sätt med en komposition innehållande halva mängden volfram'som inert fyllmedel. Som ett resultat av detta försök konstaterades det att operationstiden inte förändrades mera än -33 ms och att tidsspridningen snarare hade ökat = 5,5 ms.

Ovanstående försök visade att tändningen av PETN i det första fallet skedde pà ett förhållandevis stabilt sätt tack vare den tätande effekten av slaggen. I det andra fallet hade slaggen mindre tätande effekt och vissa gaser trängde igenom densamma, och som en följd av detta var PETN-tändningen ej stabil.

EXEMPEL 6 Fördröjningselement med en längd av 20 mm pressades med en långsamt brinnande pyroteknisk laddning och med inerta fyllmedel valda bland A120; och SiO2 i en mängd av 100 viktprocent räknat pá redoxparet.

En sådan pyroteknisk laddning kan inte tändas med ett Nonelrör ens vid rumstemperatur.

Ovannämnda element pressades i 89 mm långa höljen pà ett sådant sätt att avståndet mellan tändningspunkten och änden av Nonelröret var 40 mm. Därefter pressades en in- 10 15 20 25 30 35 505 912 28 versionskomposition bestående av 15% Al och 85% Bi2O3 in i fördröjningselementet i ett skikt av l-1,5 mm.

Sprängkapslarna anslöts till ett Nonelrör och place- rades under 15 h i ett frysskåp vid en temperatur av -40°C. 50 sprängkapslar testades på detta sätt och fördröj- ningselementen tändes på ett stabilt sätt.

:EXEMPEL 7 Inverkan av ett inert fyllmedel i form av ett vol- frampulver på brinnhastigheten undersöktes. (10 vid varje tillfälle) med 20 mm långa fördröjningselement, Tre uppsättningar av sprängkapslar testades vilka pressades utgående från pyrotekniska laddningar med olika mängder av volfram. Mängden volfram var uttryckt i procent av totalvikten av redoxparet, som i detta fall var Al-Fe2O3. den för elementet var 160, 200 respektive 249 ms vid ett Resultaten av dessa försök var att brinnti- volframinnehåll motsvarande 400%, 500% respektive 600%.

Liknande försök utfördes med kompositioner innehål- lande inert fyllmedel i form av Alflh. Resultaten blev följande: 20% Al2O3 - 170 ms; 30% A120; - 130 ms; 40% A120; - 300 ms.

Dessa försök visar att det är möjligt att reglera brinnhastigheten för pyrotekniska kompositioner inom ett förhållandevis brett område genom användning av inerta fyllmedel.

EXEMPEL 8 Stålrör med en utvändig diameter av 6,3 mm och en väggtjocklek av 0,5 mm samt en längd av 10 mm användes.

Den ena änden av dessa rör var öppen och i den andra än- den fanns ett membran med ett hål med en diameter av l mm.

Pyrotekniska laddningar pressades in i detta mem- 10 15 20 25 30 35 505 912” 29 bran, och därefter pressades PETN-sprängämnen in.

Tre typer av slaggfria inversionskompositioner an- (Al+Fe2O3), (Al+Bi2O3) och (Al+Cu2O). Re- sultaten av dessa försök var att samtliga laddningar upp- vändes, nämligen visade approximativt samma förmåga att tända PETN- sekundärsprängämnen. Allmänt sett kan det sägas att den bästa tändningen erhålles vid en PETN-densitet av 1,3 g/m3 och att den gräns där tändningen upphör ligger vid 'den densitet av ca 1,5 g/m3.

EXEMPEL 9 Inversionskompositioner i form av (Al+B2O3) och (Al+Cu2O) testades som tändningsladdningar för andra låg- brinnande inversionskompositioner. Dessa används i sprängkapslar i form av fördröjningsladdningar med hög definition.

Totalt 100 kapslar sprängdes i ett antal av 50 för var och en av de ovan angivna inversionskompositionerna.

Fördröjningselementen utgjordes av aluminiumrör med en längd av 20 mm. 17 mm av denna längd var upptagen av fördröjningsladdningen och 3 mm därav av tändningsladd- ningen.

Dessa försök visade att tändningen av fördröjnings- laddningen var tillförlitlig och att användningen av tändningsladdningen inte försämrade fördröjningsnogrann- heten för sprängkapslarna.

EXEMPEL 10 En fördröjningsladdning med en kombination av bräns- le B och Bi2O3 som oxidationsmedel och med tillsatt SiO2 och W undersöktes. Mera än 500 kapslar sprängdes med oli- ka procenthalter av beståndsdelarna.

Resultatet var att tillsatsen av SiO2 och W på ett effektivt sätt ökade brinnhastigheten för laddningarna inom området från 0,2 m/s upp till 0,01 m/s.

Claims (27)

10 15 20 25 30 *basladdningen, 505 912 w PATENTKRAV

1. Sprängkapsel innefattande ett hölje med en basladdning anordnad i ena änden därav, tändningsorgan anordnade vid den motsatta änden samt en mellanliggande del med en pyroteknisk kedja med förmåga att omvandla en tändningspuls från tändningsorganet till en detonation i k ä n n e t e c k n a d av att den pyro- tekniska kedjan innefattar åtminstone en laddning inne- fattande en inversionskomposition, vilken innefattar åt- minstone ett redoxpar av ett metallreduktionsmedel och ett metalloxidoxidationsmedel, där reduktionsmedlet och oxidationsmedlet uppvisar förmåga att reagera under värmeutveckling till bildning av reaktionsprodukter i form av en oxid av nämnda metallreduktionsmedel och en metall av nämnda metalloxidoxidationsmedel,§att metallre- duktionsmedlet är valt ur de grupper i det periodiska systemet som börjar med Be, B respektive C och ur de pe- rioder i det periodiska systemet vilka börjar med Na re- spektive K , att metalloxidationsmedlet är valt ur de grupper av det periodiska systemet som börjar med ett element högre än Be och ur de perioder vilka börjar med K eller Cs, att mängden av metallreduktionsmedlet är större än 1 och mindre än 12 gånger den mängd som är stökio- metriskt erforderlig för reduktion av mängden metalloxi- dationsmedel, att basladdningen innefattar ett sekun- därsprängämne och att laddningen innefattande inversions- kompositionen utgör eller är en del av en tändningsladd- ning, vilken uppvisar förmåga att tända sekundärsprängäm- net till brinnande eller deflagrerande tillstànd.

2. Sprängkapsel enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d och 50 m/sek,

3. Sprängkapsel enligt krav 1 eller 2, av att laddningens brinnhastighet är mellan 0,001 företrädesvis mellan 0,005 och 10 m/sek. k ä n n e - 10 15 20 25 30 35 31 505 912 t e c k n a d av att metallreduktionsmedlet innefattar Al, Si eller Ca.

4. Sprängkapsel enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att metallreduktionsmedlet innefattar eller ut- göres av Al.

5. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- av att metalloxidoxida- ven, k ä n n e t e c k n a d tionsmedlet är valt ur gruppen oxider av Ba, Ti,Cr, W, -'Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Bi och blandningar därav.

6. Sprängkapsel enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a d av att metalloxidoxidationsmedlet är valt bland oxider av Fe, Mn, Zn, Cu, Bi och blandningar därav.

7. Sprängkapsel enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d av att metalloxidoxidationsmedlet är valt bland oxider av Fe och Bi och blandningar därav.

8. Sprängkapsel enligt krav 7, k ä n n e t e c k - n a d av att metalloxidoxidationsmedlet innefattar oxi- der av Bi.

9. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att laddningen har_en ideal brinntemperatur överstigande 2000 grader Kelvin.

10. Sprängkapsel enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att den faktiska brinntemperaturen för ladd- ningen överstiger 70% av den ideala brinntemperaturen.

11. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att mängden av metallre- duktionsmedlet ligger mellan 1,1 och 6 gånger den stökio- metriskt erforderliga mängden.

12. Sprängkapsel enligt krav 11, k ä n n e t e c k - n a d av att mängden av metallreduktionsmedlet ligger mellan 1,5 och 4 gånger nämnda mängd.

13. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att laddningen innehål- ler ett inert tillsatsmedel i form av en fast komponent.

14. Sprängkapsel enligt krav 13, k ä n n e t e c k - 10 15 20 25 30 35 5Û5 912 Q n a d av att det inerta tillsatsmedlet i form av en fast komponent är en förening vilken också är en produkt från ifrågavarande reaktion.

15. Sprängkapsel enligt krav 13 eller 14, k ä n - n e t e c k n a d en aluminiumoxid, av att den inerta fasta komponenten är kiseloxid eller blandningar därav.

16. Sprängkapsel enligt krav 13, k ä n n e t e c k - n a d ”kelformig metall. av att den inerta fasta komponenten är en parti-

17. Sprängkapsel enligt krav 16, k ä n n e t e c k - n a d för laddningen. av att metallen är fast vid reaktionstemperaturen

18. Sprängkapsel enligt krav 16 eller 17, k ä n - n e t e c k n a d ler W eller blandningar därav.

19. n a d Sprängkapsel enligt krav 18, gering av W med Fe. av att metallen innefattar Ti, Ni el- k ä n n e t e c k - av att metallen är W eller en blandning eller le-

20. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att laddningen har_pres- sats och placerats i kontakt med sekundärsprängämnet.

21. Sprängkapsel enligt krav 20, k ä n n e t e c k - n a d av att laddningen har placerats i kontakt med se- kundärsprängämnet i en övergàngssektion, vilken i den py- rotekniska kedjan är belägen före basladdningen, varvid sekundärsprängämnet är omgivet av en inneslutning.

22. n a d En. Sprängkapsel enligt krav 21, k ä n n e t e c k - av att även laddningen är belägen i inneslutning-

23. Sprängkapsel enligt något av de föregående kra- ven, k ä n n e t e c k n a d av att densiteten för se- kundärsprängämnet närmast laddningen är mellan 60 och 100%, företrädesvis mellan 70 och 99%, ämnets kristalldensitet.

24. Sprängkapsel enligt krav 23, av sekundärspräng- k ä n n e t e c k - 10 15 20 33 505 912 n a d av att densiteten för sekundärsprängämnet närmast laddningen är mellan 40 och 90%, företrädesvis mellan 50 och 80%, av sekundärsprängämnets kristalldensitet.

25. Sprängkapsel enligt något av kraven 21-24, k ä n n e t e c k n a d av att sekundärsprängämnet i övergångssektionen är en donatorladdning för drivning av en slagskiva mot ett annat sekundärsprängämne så att det- ta därigenom bringas att detonera.

26. Sprängkapsel enligt något av kraven 21-24, k ä n n e t e c k n a d av att sekundärsprängämnet i övergàngsladdningen är en donatorladdning för drivning av en slagskiva genom en kanal mot ett andra sekundärspräng- ämne så att detta därigenom bringas att detonera.

27. Sprängkapsel enligt något av kraven 21-24, k ä n n e t e c k n a d av att sekundärsprängämnet i övergàngsladdningen är den första delen av en kedja för övergång fràn deflagration till detonation, vilken kedja dessutom företrädesvis innefattar en andra del, som inne- häller ett andra sekundärsprängämne med lägre densitet än i den första delen. _~