[go: up one dir, main page]

RU2666435C1 - Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule - Google Patents

Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule Download PDF

Info

Publication number
RU2666435C1
RU2666435C1 RU2017128957A RU2017128957A RU2666435C1 RU 2666435 C1 RU2666435 C1 RU 2666435C1 RU 2017128957 A RU2017128957 A RU 2017128957A RU 2017128957 A RU2017128957 A RU 2017128957A RU 2666435 C1 RU2666435 C1 RU 2666435C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
explosive
nanoparticles
laser
iron
mixed light
Prior art date
Application number
RU2017128957A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Петрович Адуев
Денис Рамильевич Нурмухаметов
Александр Андреевич Звеков
Игорь Юрьевич Лисков
Александр Васильевич Каленский
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ)
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ), Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ)
Priority to RU2017128957A priority Critical patent/RU2666435C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666435C1 publication Critical patent/RU2666435C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/32Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrated pentaerythritol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
    • C06B33/08Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide with a nitrated organic compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06CDETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00Non-electric detonators; Blasting caps; Primers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: blasting operations.SUBSTANCE: invention relates to the production of explosives for optical detonators and can be used to improve the safety of devices and reduce the requirements for an initiating laser device. Photosensitive light-sensitive explosive contains pentaerythetetranitrate powder with additives of metal nanoparticles and is made in the form of compressed tablets. Iron is used as the metal nanoparticles of 0.15 and 0.4 % by weight.EFFECT: use of the invention makes it possible to lower the threshold for laser initiation of capsule compositions of the type "blasting explosive-nanoparticles of metals".3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства взрывчатых веществ (ВВ) для оптических детонаторов и может быть использовано для повышения безопасности работы устройств и снижения эксплуатационных требований к детонатру. Изобретение решает задачу поиска оптимального содержания наночастиц в капсюльном составе типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металла» на примере «пентаэритриттетранитрат-наночастицы железа», что позволяет достичь минимальных пороговых условий инициирования состава лазерным импульсным излучением.The invention relates to the field of production of explosives (BB) for optical detonators and can be used to increase the safety of devices and reduce operational requirements for a detonator. The invention solves the problem of finding the optimal content of nanoparticles in a capsule composition of the type “blasting explosive substance-metal nanoparticles” using the example of “pentaerythritetranitrate-iron nanoparticles”, which allows to achieve the minimum threshold conditions for the initiation of the composition by laser pulsed radiation.

В настоящее время в горнодобывающей промышленности актуально повышение надежности работы взрывных устройств, которое может быть достигнуто с использованием лазерного инициирования. Известен капсюль-детонатор и инициирующий состав (патент RU №2046275, МПК F42B 3/10, C06B 45/20, опубл. 20.10.1995). В качестве инициирующего состава используется вещество с компонентами, масс. %: азид свинца 80-85, тетранитрорезорционат свинца 7-8, пироксилиновый порох остальное.Currently, in the mining industry, it is important to increase the reliability of explosive devices, which can be achieved using laser initiation. Known capsule-detonator and initiating composition (patent RU No. 2046275, IPC F42B 3/10, C06B 45/20, publ. 20.10.1995). As an initiating composition, a substance with components, mass. %: lead azide 80-85, lead tetranitroresorzionate 7-8, rest pyroxylin powder.

Известен способ регулирования порога инициирования оптического детонатора (патент RU №2538263, МПК C06B 49/00, F42C 13/02, опубл. 10.01.2015) на основе азида серебра, позволяющий с помощью предварительного облучения варьировать чувствительность к лазерному воздействию.A known method of controlling the initiation threshold of an optical detonator (patent RU No. 2538263, IPC C06B 49/00, F42C 13/02, publ. 10.01.2015) based on silver azide, which allows using preliminary irradiation to vary the sensitivity to laser exposure.

Недостатком двух вышеперечисленных решений является использование высокочувствительных инициирующих взрывчатых веществ в качестве основных компонентов капсюльного состава.The disadvantage of the two above solutions is the use of highly sensitive initiating explosives as the main components of the capsule composition.

Известен детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества (патент на изобретение RU №2427786, МПК F42B 3/113, опубл. 27.08.2011), где смесевое светочувствительное ВВ выполнено в виде запрессованного до плотности 0,9÷1,1 г/см3 материала из смеси высокодисперсного пентаэриттетранитрата (ТЭН) с удельной поверхностью 4000÷20000 см2/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5 соответственно. Недостатком является неоптимизированное содержание нанометалла в смесевом светочувствительном ВВ, использующемся в детонаторе.Known detonator based on a photosensitive explosive (patent for invention RU No. 2427786, IPC F42B 3/113, publ. 08.27.2011), where a mixed photosensitive explosive is made in the form of a material pressed to a density of 0.9 ÷ 1.1 g / cm 3 from a mixture of finely dispersed pentaerythetetranitrate (TEN) with a specific surface of 4000 ÷ 20,000 cm 2 / g and nanoaluminum with an average particle size of not more than 60 nm, with a ratio of ingredients (mass fractions) from 75:15 to 95: 5, respectively. The disadvantage is the non-optimized content of the nanometall in the mixed photosensitive explosive used in the detonator.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является капсюль-детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества (патент на полезную модель RU №157624, МПК F42B 3/113, опубл. 10.12.2015), где ВВ представляет собой запрессованный до плотности 1,73 г/см3 ТЭН, содержащий 0,1 масс. % наночастиц кобальта.Closest to the claimed invention is a detonator capsule based on a photosensitive explosive (utility model patent RU No. 157624, IPC F42B 3/113, publ. 12/10/2015), where the explosive is pressed to a density of 1.73 g / cm 3 TEN containing 0.1 mass. % cobalt nanoparticles.

Недостатком ближайшего аналога является неоптимизированное содержание нанометалла в смесевом светочувствительном ВВ, использующемся в детонаторе, которое не обеспечивает достижения наименьшего порога лазерного воздействия.The disadvantage of the closest analogue is the non-optimized content of nanometal in the mixed photosensitive explosive used in the detonator, which does not ensure the achievement of the lowest threshold of laser exposure.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение порога лазерного инициирования капсюльных составов типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металлов» путем оптимизации содержания в них нанометалла.The objective of the invention is to reduce the threshold for laser initiation of capsule formulations of the type "blasting explosive metal nanoparticles" by optimizing the content of nanometall in them.

Поставленная задача решается получением смесевого светочувствительного ВВ для капсюля оптического детонатора. Смесевое светочувствительное ВВ содержит порошок ТЭНа с добавками наночастиц металла и выполнено в виде прессованных таблеток. В качестве наночастиц металла взято железо 0,15 и 0,4 масс. %.The problem is solved by obtaining a mixed photosensitive explosive for an optical detonator capsule. The mixed photosensitive explosive contains TENA powder with the addition of metal nanoparticles and is made in the form of pressed tablets. As metal nanoparticles taken iron 0.15 and 0.4 mass. %

На фиг. 1 изображены измеренные зависимости критической плотности энергии лазерного излучения первой (1064 нм, ○) и второй (532 нм, □) гармоник Nd:YAG лазера на поверхности светочувствительного взрывчатого вещества от массовой доли наночастиц железа.In FIG. Figure 1 shows the measured dependences of the critical energy density of laser radiation of the first (1064 nm, ○) and second (532 nm, □) harmonics of the Nd: YAG laser on the surface of a photosensitive explosive on the mass fraction of iron nanoparticles.

Для получения смесевого светочувствительного ВВ в порошок ТЭНа добавляют наночастицы железа до получения нужной массовой доли (0,15 и 0,4 масс. %). Средний диаметр наночастиц железа составляет 75 нм. Смесь помещают в гексан и перемешивают в ультразвуковой ванне в течении 20 минут для получения равномерного распределения наночастиц в объеме смеси. После этого смесь сушат на воздухе до постоянной массы.To obtain a mixed photosensitive explosive, iron nanoparticles are added to the TENA powder to obtain the desired mass fraction (0.15 and 0.4 mass%). The average diameter of iron nanoparticles is 75 nm. The mixture is placed in hexane and stirred in an ultrasonic bath for 20 minutes to obtain a uniform distribution of nanoparticles in the volume of the mixture. After that, the mixture is dried in air to constant weight.

Для получения прессованных таблеток смесевое ВВ прессуют в отверстие диаметром 3 мм в центре медной пластины толщиной 1 мм до плотности 1,73±0.03 г/см3.To obtain compressed tablets, a mixed explosive is pressed into a hole with a diameter of 3 mm in the center of a copper plate 1 mm thick to a density of 1.73 ± 0.03 g / cm 3 .

Для определения оптимального количества наночастиц железа в смесевом ВВ выполнили лазерное инициирование взрывного разложения полученных образцов. В качестве источника инициирования использовали первую (1064 нм) и вторую (532 нм) гармоники Nd:YAG лазера, работающего в режиме модулированной добротности с длительностью импульса 14 нс. Излучение фокусировали на образец с помощью линзы, при этом диаметр светового пятна составил 2,5 мм. Распределение интенсивности излучения по сечению лазерного пучка близко к прямоугольному. Стеклянную пластину с образцом помещали на алюминиевую подложку и накрывали со стороны лазерного луча пластиной из оптического стекла толщиной 2 мм. На конструкцию накладывали медную пластину с отверстием в центре диаметром 2 мм для ввода излучения, которая плотно прижимала стеклянную пластину к поверхности образца с помощью винтов. Использование такой схемы позволяет приблизить условия определения порога лазерного инициирования полученного смесевого ВВ к реализуемым в оптических детонаторах.To determine the optimal amount of iron nanoparticles in a mixed explosive, laser initiation of explosive decomposition of the obtained samples was performed. The first (1064 nm) and second (532 nm) harmonics of an Nd: YAG laser operating in the Q-switched mode with a pulse duration of 14 ns were used as an initiation source. The radiation was focused on the sample using a lens, while the diameter of the light spot was 2.5 mm. The distribution of the radiation intensity over the cross section of the laser beam is close to rectangular. A glass plate with a sample was placed on an aluminum substrate and covered from the side of the laser beam with a 2 mm thick optical glass plate. A copper plate was placed on the structure with a hole in the center with a diameter of 2 mm for introducing radiation, which tightly pressed the glass plate to the surface of the sample with screws. The use of such a scheme makes it possible to approximate the conditions for determining the laser initiation threshold of the obtained mixed explosive to those realized in optical detonators.

На фиг. 1 видно, что в зависимости от массовой доли наночастиц железа критическая плотность энергии инициирования взрыва импульсным излучением первой гармоники неодимового лазера изменяется в диапазоне 2,0÷0,5 Дж/см2 (○), а второй гармоники - в диапазоне 0,6÷2,3 Дж/см2 (□). Оптимальная массовая доля наночастиц железа в случае первой гармоники составляет 0,40 масс. %, а в случае второй - 0,15 масс. %. При этом значение критической плотности энергии инициирования взрыва составило 0,5 Дж/см2 и 0,6 Дж/см2 соответственно.In FIG. 1 shows that, depending on the mass fraction of iron nanoparticles critical energy density of the pulsed radiation blasting initiation of the first harmonic of a neodymium laser is changed in the range 2.0 ÷ 0.5 J / cm 2 (○), and the second harmonic - in the range 0,6 ÷ 2.3 J / cm 2 (□). The optimal mass fraction of iron nanoparticles in the case of the first harmonic is 0.40 mass. %, and in the case of the second - 0.15 mass. % The value of the critical energy density of initiation of the explosion was 0.5 J / cm 2 and 0.6 J / cm 2, respectively.

Благодаря уточнению природы и оптимальной массовой доли наночастиц металла в капсюльном составе типа «бризантное взрывчатое вещество-наночастицы металлов» критическая плотность энергии инициирования взрыва импульсным излучением полученного смесевого светочувствительного ВВ в три раза ниже, чем в случае ближайшего аналога (1,7 Дж/см2).Due to the refinement of the nature and optimal mass fraction of metal nanoparticles in the capsule composition of the “blasting explosive substance-metal nanoparticles” type, the critical energy density of explosion initiation by pulsed radiation of the obtained mixed photosensitive explosive is three times lower than in the case of the closest analogue (1.7 J / cm 2 )

Claims (3)

1. Смесевое светочувствительное взрывчатое вещество для капсюля оптического детонатора, включающее порошок ТЭНа с добавками наночастиц металла и выполненное в виде прессованных таблеток, отличающееся тем, что в качестве металла взято железо.1. A mixed photosensitive explosive for an optical detonator capsule, including TENA powder with the addition of metal nanoparticles and made in the form of pressed tablets, characterized in that iron is taken as the metal. 2. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что наночастицы железа взяты в количестве 0,15 масс. %.2. The substance according to p. 1, characterized in that the iron nanoparticles are taken in an amount of 0.15 mass. % 3. Вещество по п. 1, отличающееся тем, что наночастицы железа взяты в количестве 0,4 масс. %.3. The substance according to claim 1, characterized in that the iron nanoparticles are taken in an amount of 0.4 mass. %
RU2017128957A 2017-08-14 2017-08-14 Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule RU2666435C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128957A RU2666435C1 (en) 2017-08-14 2017-08-14 Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128957A RU2666435C1 (en) 2017-08-14 2017-08-14 Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666435C1 true RU2666435C1 (en) 2018-09-07

Family

ID=63459895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128957A RU2666435C1 (en) 2017-08-14 2017-08-14 Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666435C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3876478A (en) * 1972-12-18 1975-04-08 Us Navy Light sensitive explosive mixture
RU2427786C1 (en) * 2010-02-24 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Detonator based on light-sensitive explosive
EA015380B1 (en) * 2007-03-16 2011-08-30 Орика Иксплоусивз Текнолоджи Пти Лтд. Initiation of explosive materials
RU157624U1 (en) * 2015-07-22 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) DETONATOR CAPSULE BASED ON A SENSITIVE EXPLOSIVE SUBSTANCE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3876478A (en) * 1972-12-18 1975-04-08 Us Navy Light sensitive explosive mixture
EA015380B1 (en) * 2007-03-16 2011-08-30 Орика Иксплоусивз Текнолоджи Пти Лтд. Initiation of explosive materials
RU2427786C1 (en) * 2010-02-24 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Detonator based on light-sensitive explosive
RU157624U1 (en) * 2015-07-22 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) DETONATOR CAPSULE BASED ON A SENSITIVE EXPLOSIVE SUBSTANCE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДАНИЛЕНКО В.В. ВЗРЫВ: ФИЗИКА, ТЕХНИКА, ТЕХНОЛОГИЯ. М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 2010, с.5 64-565. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aduev et al. Photosensitive material based on PETN mixtures with aluminum nanoparticles
Ilunga et al. The effect of Si–Bi2O3 on the ignition of the Al–CuO thermite
Aduev et al. Explosive decomposition of PETN with nanoaluminum additives under the influence of pulsed laser radiation at different wavelengths
RU2427786C1 (en) Detonator based on light-sensitive explosive
Lewis et al. Chemical dynamics of aluminum nanoparticles in ammonium nitrate and ammonium perchlorate matrices: enhanced reactivity of organically capped aluminum
CN112479795A (en) Boron-containing explosive and preparation method thereof
RU2666435C1 (en) Mixed light reactive explosive for optical detonator capsule
Luo et al. Constant volume combustion properties of Al/Fe2O3/RDX nanocomposite: the effects of its particle size and chemical constituents
KR20160105186A (en) Nano Energetic Material Composites with Explosion via Optical Ignition and Method for fabricating the same
CN107200670A (en) A kind of low blasting speed emulsion and its application
CN107935799A (en) The insensitiveness priming and its method prepared based on electrostatic spraying processes
Tarzhanov et al. Laser initiation of low-density mixtures of PETN with metal additives
CN1011409B (en) Safety powder composition
RU2278099C1 (en) Explosive composition
CN106518585B (en) A kind of temperature and pressure gunpowder and preparation method thereof
RU2353606C1 (en) Pyrrotechnical composition for creating smoke screen
RU2496756C1 (en) Low-sensitive explosive compound for electric detonator charging
RU157624U1 (en) DETONATOR CAPSULE BASED ON A SENSITIVE EXPLOSIVE SUBSTANCE
RU2350589C1 (en) Pyrotechnical smoke-forming composition
RU2637016C1 (en) Method for manufacturing heat-resistant light-sensitive explosive compositions and light detonator on their basis
Fang et al. Laser ignition of energetic crystals of cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) optically sensitized with gold nanoparticles and light-absorbing dye
Aduev et al. Laser initiation of compositions based on PETN with submicron coal particles
Heal The Decomposition of Solid Potassium Perchlorate by 50 Kilovolt X Rays
US12416619B2 (en) Simulant composition of an explosive compound
RU2369589C2 (en) Pyrotechnical smoke-generating composition