Пиротехнический заряд для детонаторов

Пиротехнический заряд для детонаторов

Реферат

 

Изобретение относится к детонаторам, не содержащим первичное взрывчатое вещество, и пиротехническим зарядам, пригодным для использования в нем. Изобретение направлено на создание детонатора и пиротехнических зарядов, пригодных для использования в нем, с улучшенной рабочей характеристикой и свойствами. Детонатор включает оболочку с основным зарядом, состоящим из вторичного взрывчатого вещества, на одном ее конце, воспламеняющие средства на ее противоположном конце и промежуточную пиротехническую цепь, содержащую воспламеняющий заряд, преобразующую импульс воспламенения от воспламеняющих средств в детонацию основного заряда. 34 з.п. ф-лы., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к области детонаторов типа, включающего оболочку с основным зарядом, содержащую вторичное взрывчатое вещество, расположенное на одном из концов указанной оболочки, воспламеняющие средства, расположенные на ее противоположном конце, и промежуточную часть с пиротехнической цепью, которая способна преобразовать импульс воспламенения от воспламеняющих средств в детонацию основного заряда. Более конкретно настоящее изобретение относится к новым композициям пиротехнических зарядов, которые предназначены для использования в качестве воспламеняющих зарядов в таких детонаторах и для воспламенения вторичных взрывчатых веществ в целом.

Предпосылки изобретения Детонаторы используются для различных целей, как военных, так и гражданских, но здесь они будут описываться в основном по отношению к применению во взрывных горных работах, где обычно множество детонаторов из набора с различными внутренними задержками во времени соединяются в сеть из электрических и неэлектрических проводников сигнала.

В таких детонаторах пиротехнические заряды могут использоваться для различных целей в пиротехнической цепи, преобразующей импульс воспламенения от средств сигнализации или воспламенения в детонацию основного заряда, например в качестве заряда для быстрого переноса или усиливающего заряда, более медленного заземляющего заряда, изолирующего заряда для создания газонепроницаемости или в качестве воспламеняющего заряда для детонации указанного основного заряда.

Один из примеров пиротехнического заряда в пиротехнической цепи приведен в патенте США US-A-2185371, который описывает замедляющий заряд со сплавом сурьмы в качестве специального горючего материала. Другие примеры приведены в патенте Великобритании GB-A-2146014 и в патенте Германии DE-A-2413093, которые описывают композицию пиротехнического горючего вещества для разделения проходов и взрывчатую смесь соответственно. В качестве примера способа получения пиротехнических зарядов делается ссылка на Европейский патент EP 0310580, который описывает получение замедляющих и воспламеняющих зарядов.

Кроме того, известен детонатор, не содержащий первичное взрывчатое вещество, включающий оболочку с основным зарядом, содержащую вторичное взрывчатое вещество на одном ее конце, воспламеняющие средства, расположенные на ее противоположном конце и промежуточную пиротехническую цепь, содержащую воспламеняющий заряд, преобразующую импульс воспламенения от воспламеняющих средств в детонацию основного заряда, (SE, A, 462090).

Общим для известного уровня техники является, однако, что нигде не описывается и даже не предлагается использование конкретного воспламеняющего заряда для количественной и надежной детонации вторичных взрывчатых зарядов.

Все возрастающие требования относятся ко всем частям пиротехнической цепи. Главным требованием является то, что заряды должны гореть с четко определяемыми и стабильными скоростями реакции при ограниченном разбросе времени. Скорость горения не должна в значительной степени подвергаться действиям условий окружающей среды или старения. Заряды должны иметь воспроизводимые свойства воспламенения, но при этом быть еще и нечувствительными к удару, трению и электрическим разрядам. Необходимо, чтобы скорость горения можно было бы регулировать за счет незначительных модификаций заряда. Смесь заряда должна быть простой и безопасной в изготовлении, при дозировании и прессовке и не быть слишком чувствительной к условиям ее производства. В дополнение к этому, существуют возрастающие со временем требования в отношении того, что заряды не должны содержать токсичных веществ и чтобы их изготовление могло происходить вне условий, опасных для здоровья, таких как использование растворителей.

Хотя пиротехнические заряды в целом могут рассматриваться как смеси горючего материала и окислителя, и соответственно потенциально должны быть доступными многие композиции, тем не менее описанные выше требования, взятые вместе, значительно ограничивают выбор пригодных для использования композиций для каждого из указанных зарядов. При этом существует потребность в дальнейших усовершенствованиях как в отношении рабочих характеристик, так и определяемых этими характеристиками соединений для таких целей, поскольку эти соединения, такие как соединения свинца или хроматные соединения, становятся менее доступными и приемлемыми.

Главным техническим результатом настоящего изобретения является создание детонатора и пиротехнических зарядов, пригодных для использования в нем, с улучшенной рабочей характеристикой и свойствами в указанных выше отношениях.

Более конкретным результатом является создание детонатора с пиротехнической цепью, способной к качественному надежному воспламенению вторичного взрывчатого вещества.

Другим результатом является создание детонатора со стабильными свойствами в отношении скорости горения, старения и влияния окружающей среды при производстве, хранении и использовании.

Следующим результатом является создание такого детонатора с надежными свойствами и также безопасного в отношении случайного инициирования.

И еще одним результатом является обеспечение использования пиротехнического заряда для воспламенения вторичных взрывчатых веществ в целом, даже без присутствия вместе с ними какого-либо первичного взрывчатого вещества.

Эти результаты достигаются тем, что в детонаторе, не содержащем первичное взрывчатое вещество, включающем оболочку с основным зарядом, содержащую вторичное взрывчатое вещество на одном ее конце, воспламеняющие средства, расположенные на ее противоположном конце, и промежуточную пиротехническую цепь, содержащую воспламеняющий заряд, преобразующую импульс воспламенения от воспламеняющих средств в детонацию основного заряда, согласно изобретению воспламеняющий заряд содержит металлическое горючее вещество, выбранное из Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Al, Ga, In, Tl, и окислитель в виде оксида металла выбранного из K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, причем металлическое горючее вещество присутствует в избытке по отношению к количеству, стехиометрически необходимому для восстановления имеющегося количества окислителя, причем воспламеняющий заряд сгорает с выделением исключительно горячих газов при высоком давлении, которые воспламеняют вторичное взрывчатое вещество основного заряда в состояние конвективного мгновенного сгорания с последующим переходом его в детонацию.

Желательно, чтобы металлическое горючее вещество являлось по меньшей мере на 0,5, предпочтительно по меньшей мере на 0,75, и более предпочтительно по меньшей мере на 1 вольт более электроотрицательным, чем металл из окислителя на основе оксида металла.

Возможно металлическое горючее вещество выбрать из Mg, Al, Ca, Ti, и Ga и предпочтительно металлическое горючее вещество выбрать из Al и Ti.

Желательно также, чтобы окислитель на основе оксида металла содержал металл, который выбирают из Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ba, W, и Bi.

При этом предпочтительно металл выбирают из Mn, Fe, W и Bi, а оксид металла выбирают из MnO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu₂O, CuO и Bi₂O₃.

Целесообразно, когда сочетание металлическое горючее вещество - окислитель на основе оксида металла включает Al в сочетании с оксидом Fe, Bi или Cu.

В предпочтительном варианте сочетание представляет собой Al-Fe₂O₃, Al-Bi₂O₃ или Al-Cu₂O, предпочтительно Al-Fe₂O₃.

Возможно, кроме того, чтобы сочетание металлическое горючее вещество - окислитель на основе оксида металла содержало Ti в сочетании с оксидом Bi, предпочтительно Ti-Bi₂O₃.

Предпочтительно количество металлического горючего вещества превышает более чем в 1 раз и менее чем в 12 раз, предпочтительно - менее чем в 6 раз, более предпочтительно - менее чем в 4 раза количество, стехиометрически необходимое для восстановления имеющегося количества окислителя на основе оксида металла.

При этом желательно, чтобы количество металлического горючего вещества превышает в 1,1-6 раз указанное стехиометрически необходимое количество.

И предпочтительно, чтобы количество металлического горючего вещества превышало в 1,5-4 раза сказанное стехиометрически необходимое количество.

Целесообразно, чтобы процентное содержание металлического горючего вещества составляло 10-50% массовых, предпочтительно 15-35% массовых, более предпочтительно 15-25% массовых, и процентное содержание окислителя на основе оксида металла составляло 90-50% массовых, предпочтительно 85-65% массовых, более предпочтительно -75-65% массовых, причем указанные процентные отношения берутся по отношению ко всей композиции воспламеняющего заряда.

Желательно, когда металлическое горючее вещество представляет собой Al, а окислитель на основе металла является Cu₂O или Bi₂O₃, процентное содержание указанного горючего вещества составляет 15-35% массовых, и процентное содержание указанного окислителя составляет 65-85% массовых.

Возможно также, чтобы металлическое горючее вещество представляло собой Ti, а окислитель на основе оксида металла является Bi₂O₃, процентное содержание указанного горючего вещества составляло 15-25% массовых, предпочтительно 20% массовых, а процентное содержание указанного окислителя составляло 75-85% массовых, предпочтительно - около 80% массовых.

Предпочтительно, если воспламеняющий заряд имеет такую композицию, что его скорость горения составляет между 0,001 и 50 м/с, предпочтительно между 0,005 и 10 м/с.

Желательно чтобы воспламеняющий заряд содержал добавку из твердого компонента в виде металла и/или оксида.

Причем лучше, если эта добавка присутствует в количестве 2-30% массовых, предпочтительно 4-20% массовых, более предпочтительно 5-15% массовых, например 6-10% массовых, по отношению к массе указанного воспламеняющего заряда.

Данная добавка может представлять собой соединение, которое также является продуктом реакции между металлическим горючим веществом и окислителем на основе оксида металла.

Кроме того, данная добавка может представлять собой металл в виде макрочастиц.

При этом желательно, чтобы металл являлся твердым при температуре реакции воспламеняющего заряда, а оксид был бы выбран из оксидов Al, Si, Zn, Fe, Ti и их смесей, и предпочтительно оксид являлся бы оксидом алюминия, оксидом кремния или их смесью или оксидом железа, в частности Fe₂O₃.

Желательно также, чтобы металл был выбран из W, Ti, Ni, и их смесей и сплавов.

Предпочтительно металл является W или смесью или сплавом W и Fe.

Целесообразно, когда воспламеняющий заряд прессуют и размещают в контакте с вторичным взрывчатым веществом.

Целесообразно также, если воспламеняющий заряд размещен в контакте с вторичным взрывчатым веществом в пиротехнической цепи перед основным зарядом, где вторичное вещество окружено цилиндрическим кожухом.

При этом желательно, чтобы воспламеняющий заряд также был расположен в цилиндрическом кожухе.

Предпочтительно плотность вторичного взрывчатого вещества вблизи воспламеняющего заряда составляет между 60 и 100%, а предпочтительно - между 70 и 99% от кристаллической плотности вторичного взрывчатого вещества.

Еще более предпочтительно плотность вторичного взрывчатого вещества вблизи воспламеняющего заряда составляет между 40 и 90%, и даже между 50 и 80% от кристаллической плотности вторичного взрывчатого вещества.

Целесообразно, чтобы вторичное взрывчатое вещество в пиротехнической цепи являлось первой частью в цепочке перехода от мгновенного сгорания к детонации, при этом указанная цепочка предпочтительно также содержит вторую часть, содержащую другое вторичное взрывчатое вещество с плотностью, более низкой, чем в первой части.

Возможно, чтобы основной заряд представлял собой только вторичное взрывчатое вещество.

В предпочтительном варианте выполнения вторичное взрывчатое вещество выбирают из пентаэритритолтетранитрата (PETN), тринитрофенилметилнитрамина (тетрил) и тринитротолуола (TNT), и предпочтительно оно является PETN.

Таким образом, по настоящему изобретению было обнаружено, что определенное сочетание металлического горючего материала и окислителя на основе оксида металла обладает способностью количественно и надежно воспламенять вторичные взрывчатые вещества, особенно в детонаторах типа, описанного во вводной части этого описания, и даже в случае, когда не присутствует какое-либо первичное вещество.

В этом контексте "качественное воспламенение" или аналогичный термин означает воспламенение вторичного взрывчатого вещества, при котором отсутствует какое-либо ламинарное сгорание, с плоским фронтом горения, но имеющее стадию конвективного горения, на которой горение является в высшей степени негомогенным.

Важным открытием в связи с этим является то, что несмотря на указанный механизм воспламенения или горения, получают очень надежное воспламенение вторичного взрывчатого вещества, и при этом остальные функции пиротехнической цепи не подвергаются при этом отрицательному воздействию.

Более того, достигаемое качественное горение дает возможность значительного сокращения времени развития детонации (первая от мгновенного сгорания до детонации) в детонаторе, что, в свою очередь, делает возможным значительное сокращение длины пиротехнической цепи или инициирующего элемента и/или сокращение прочности или толщины оболочки без какого-либо ухудшения работы детонатора.

Не будучи ограниченным какой-либо теорией в отношении механизмов реакции, настоящее изобретение, видимо, основывается на выделении при помощи нового воспламеняющего заряда исключительно горячих газов с высокой теплоемкостью и при высоком давлении. Вероятно, воспламеняющие газы в основном состоят из паров металлов, присутствующих в воспламеняющем заряде. Видимо, эти свойства обеспечивают качественное воспламенение вторичного взрывчатого вещества.

Таким образом, с помощью использования определенного воспламеняющего заряда, который по существу реагирует путем "инверсии" системы металл/оксид при выделении тепла и который может рассматриваться в качестве термитного заряда, достигаются указанные выше цели. Металл присутствует до, во время и после реакции, обеспечивая высокие электрическую проводимость и теплопроводность. Электропроводность означает снижение риска случайного воспламенения, вызываемого статическим электрическим или другими электрическими возмущениями. Высокая теплопроводность означает низкий риск случайного воспламенения из-за локального перегрева, вызванного трением, ударом или чем-то иным, при этом хорошие свойства воспламенения от реагирующего заряда обеспечиваются высоким и устойчивым теплообменом. Присутствие расплавленного металла в продуктах реакции усиливает последние свойства. Оксиды металлов обычно являются стабильными продуктами также в присутствии воды, и это также относится и к металлам, часто благодаря пассивации поверхности, и это дает хорошие свойства в отношении старения и позволяет изготавливать заряд в водных суспензиях, и это, возможно, также объясняет наблюдаемую неизменность скорости реакции в присутствии влаги. Реагенты термитного заряда, как правило, являются нетоксичными и безопасными для окружающей среды. Дополнительным ценным свойством используемого термитного заряда является то, что он реагирует при значительном выделении тепла, которое, как сказано выше, содействует не только хорошим свойствам воспламенения, но, что более важно, ограничению разброса времени реакции отчасти из-за независимости реакции от начальных температурных условий.

В применениях конструкций детонаторов является особенно выгодным, чтобы заряды могли использоваться для различных целей и удовлетворять нескольким требованиям одновременно. Заряды, используемые в качестве воспламеняющих зарядов по настоящему изобретению, могут быть использованы в качестве зарядов для быстрого переноса горения, используя свойство реакции образовывать газообразные промежуточные продукты, и тем самым обеспечивая высокую скорость воспламенения и реакции в пористых зарядах. Заряды могут быть использованы для пиротехнических задержек, используя стабильность заряда при различных условиях, стабильные скорости горения и возможность изменять скорость горения путем введения инертных добавок. Заряды могут быть использованы в качестве изолирующих зарядов для контроля газопроницаемости, используя превосходные свойства продукта реакции в виде расплавленного металла образовывать шлак, которые могут легко быть дополнительно улучшены путем введения армирующих или наполнительных материалов. Наконец, в соответствии с настоящим изобретением заряды могут быть также использованы в качестве воспламеняющих зарядов для вторичных взрывчатых веществ, в основном в детонаторах типа не содержащих первичное взрывчатое вещество, используя весь диапазон свойств композиции как мощного инициатора, включая высокие температуры и обратное изолирование, чтобы установить очень быстрый и надежный фронт воспламенения, необходимый для этого механизма детонации.

Прочие цели и преимущества настоящего изобретения станут понятными из следующего далее подробного описания.

Подробное описание изобретения Многие пиротехнические композиции содержат окислительно-восстановительную пару, в которой восстановитель и окислитель способны реагировать при выделении тепла. Отличительной особенностью настоящего изобретения, однако, является то, что восстановитель или горючее вещество является металлом, что окислитель является оксидом металла и что окислительно- восстановительная пара представляет собой термитную пару, которая способна реагировать при окислении исходного металлического горючего вещества и восстанавливаться до металла исходного окислителя на основе оксида металла.

Тепло, выделяющееся во время реакции, должно быть достаточным, чтобы оставить по меньшей мере часть, а предпочтительно, весь металлический конечный продукт в расплавленном виде. Количество тепла не должно быть обязательно достаточным для расплавления каких-либо других компонентов, добавляемых в систему, таких как инертные наполнители, избыточные реагенты или компоненты других реакционных пиротехнических систем. В основном, при реакции исходное металлическое горючее вещество замещает металл из оксида, что может быть описано как "инверсия" системы металл/оксид. Чтобы это происходило, металлическое горючее вещество должно иметь более высокое сродство к кислороду, чем металл оксида. Сложно создать точное условие для этого, но в качестве общего указания, в ряду электрохимических потенциалов, рассматривая реакции, соответствующие фактическому изменению валентности в начальном металле, металлическое горючее вещество должно быть по меньшей мере на 0,5, а лучше предпочтительно по меньшей мере на 0,75, а более предпочтительно по меньшей мере на 1 вольт более электроотрицательным, чем металл из оксида металла.

По настоящему изобретению металлическое горючее вещество, таким образом, выбирается из групп 2, 4 и 13 Периодической системы элементов. В этом контексте необходимо отметить, что группы и периоды (смотри ниже), упоминаемые в Периодической системе элементов, представляют собой такие группы и периоды, которые определяются Периодической системой элементов, представленной в таблице.

Другими словами, группа 2, из которой выбирается металлическое горючее вещество, содержит, среди прочего, металлы Be, Mg, Ca, Sr и Ba, в то время как группа 4 содержит металлы Ti, Zr и Hf, а группа 13 содержит Al, Ga, In и Tl.

Однако предпочтительно металлическое горючее вещество выбирается из периодов 3 и 4 указанных групп 2, 4 и 13, что означает Mg, Al, Ca, Ti и Ga. Более предпочтительно указанное горючее вещество выбирается из металлов Al и Ti.

Металл из окислителя на основе оксида металла, как сказано выше, выбирается из периодов 4 и 6 Периодической системы элементов, период 4 содержит K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn, и период 6 содержит Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po.

Предпочтительными металлами указанного периода 4 являются, однако, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu и Zn, а особенно предпочтительными металлами являются Mn, Fe и Cu.

Предпочтительными металлами из указанного периода 6 являются Ba, W и Bi, и особенно предпочтительным металлом является Bi.

В этом контексте особенно предпочтительными оксидами являются Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu₂O, CuO, Bi₂O₃ и MnO₂.

Как указано выше, воспламеняющие заряды по настоящему изобретению представляют собой термитные заряды, которые способны создавать очень высокие температуры сгорания. В качестве меры температуры сгорания может быть использована теоретически вычисленная конечная температура в реакции до окончательного равновесия между присутствующими реагентами в механически и термически изолированной системе при условиях плотности и концентрации, реально присутствующих в рассматриваемом заряде. Эта мера является независимой от скорости горения заряда, газопроницаемости и изоляции и будет упоминаться ниже как "идеальная" температура горения заряда. Идеальная температура горения может служить в качестве аппроксимации фактической температуры горения для зарядов с высокой скоростью горения, малой газопроницаемостью, большими физическими размерами или с иными малыми потерями в окружающую среду. Для зарядов, о которых нельзя сказать, что они приблизительно удовлетворяют упомянутым выше условиям, фактическая температура горения должна определяться с помощью измерений. Это может быть сделано, например, путем введения термопары в заряд, путем регистрации спектра испускания от заряда, когда он реагирует в прозрачном материале, или от оптического волокна, расположенного в заряде, или любым другим способом. В тех случаях, когда температура сгорания заряда является значащим фактором, как будет дополнительно обсуждаться ниже, идеальная температура горения должна превышать 2000 градусов Кельвина, предпочтительно превышать 2300 градусов, и наиболее предпочтительно превышать 2600 градусов Кельвина. Композиция и геометрия заряда предпочтительно должны быть подобраны так, чтобы обеспечивать фактические температуры горения свыше 60, предпочтительно свыше 70, и наиболее предпочтительно свыше 80 процентов от идеальной температуры горения в градусах Кельвина.

Пиротехнические заряды для детонаторов обычно находятся в них же, и главным требованием является то, чтобы реакция происходила по существу без газовыделения, чтобы не нарушить структуры детонатора. Данная композиция из пары металла и оксида металла в качестве как реагентов, так и продуктов реакции, превосходно удовлетворяет условию отсутствия газовыделения для реакции в целом.

Тем не менее, как утверждается выше, предполагается, что хорошие характеристики горения и воспламеняющих свойств композиций в основном вызываются образованием газообразных промежуточных продуктов, которые не присутствуют в других подобных композициях. По меньшей мере частично благодаря высоким температурам реакции в сочетании с довольно низкими температурами кипения металла горючие вещества, отвечающие указанным выше условиям, как предполагается, образуют парообразные промежуточные продукты металлического горючего вещества.

Этот эффект может быть усилен с помощью добавления другого легкоиспаряющегося компонента, хотя предпочтительным путем для этой цели является использование известного металлического горючего вещества, и этот тип композиции будет далее называться композицией. Слишком большие количества будут охлаждать композицию и противодействовать газообразованию. Соответственно, в таких композициях количество металлического горючего вещества обычно превышает больше, чем в 1 раз и меньше, чем в 12 раз количество, стехиометрически необходимое для восстановления окислителя не основе оксида металла, при этом верхний предел более предпочтительно 6-кратно, а наиболее предпочтительно 4-кратно превышает указанное стехиометрически необходимое количество. Согласно другому предпочтительному осуществлению настоящего изобретения количество металлического горючего вещества превышает в 1,1-6 раз указанное количество, а более предпочтительно количество металлического горючего вещества превышает указанное количество в 1,5-4 раза.

В процентах по отношению к общей массе композиции воспламеняющего заряда металлическое горючее вещество обычно присутствует в количестве 10-50% массовых, предпочтительно 15-35% массовых, а более предпочтительно 15-25% массовых. Таким образом, соответствующие процентные содержания окислителя на основе оксида металла составляют 90-50% массовых, предпочтительно 85-65% массовых, а более предпочтительно 75-65% массовых.

В соответствии с одним из предпочтительных осуществлений настоящего изобретения металлическое горючее вещество является Al, а окислитель на основе оксида металла представляет собой Cu₂O и Bi₂О₃, при этом процентное содержание указанного горючего вещества составляет 15-35% массовых, и процентное содержание указанного окислителя составляет 65-85% массовых.

Согласно другому предпочтительному осуществлению изобретения металлическое горючее вещество является Ti, и окислитель на основе металла представляет собой Bi₂O₃, при этом процентное содержание горючего вещества составляет 15-25% массовых, предпочтительно около 20% массовых, и процентное содержание окислителя составляет 75-85% массовых, предпочтительно около 80% массовых.

По нескольким причинам может оказаться желательным включение более или менее инертного или даже активного твердого компонента в композицию, например для того, чтобы воздействовать на скорость горения композиции, чтобы уменьшить чувствительность композиции к электростатическим искровым разрядам или воздействовать на свойства в отношении образования шлака. Использование инертного твердого компонента, который является соединением, которое также является продуктом реакции, является целесообразным для того, чтобы не изменить свойства системы и для того, чтобы не уменьшить указанное выше образование парообразных промежуточных продуктов. Введение оксида металла является, однако, предпочтительным, например, чтобы уменьшить скорость реакции без слишком сильного охлаждения. Указанный оксид металла может быть конечным продуктом реально используемой системы, но возможным является также добавление другого оксида металла, например конечного продукта от другой инверсионной системы, как определено выше. Особенно предпочтительными оксидами в этом отношении являются Al, Si, Fe, Zn, Ti или их смеси. Инертный твердый компонент может также представлять собой макрочастицы металла, которые, среди прочего, содействуют образованию прочного шлака. Такие композиции будут далее также упоминаться в качестве "армированных металлом". Конечный продукт в виде металла может быть использован в качестве такой добавки в армированных металлом композициях. Конечный продукт в виде металла, получаемый при реакции, обычно находится в расплавленном виде, и указанное добавление может, например, давать смесь расплавленного и нерасплавленного металла, пригодного для образования прочных и непроницаемых шлаков.

Более действенный контроль по сравнению с этим частичным плавлением получается, если металл является твердым при температуре реакции заряда, например, путем добавления твердого металла, не являющегося конечным продуктом и имеющего более высокую температуру плавления. Хотя может быть использован любой такой металл, но особенно пригодными для использования металлами являются Ti, Ni, Mn и W или их смеси или сплавы и в особенности W или смесь или сплав W с Fe.

Металлы и/или оксиды металлов, упоминающиеся выше, обычно используются в количестве 2-30% массовых, предпочтительно 4-20% массовых, а более предпочтительно 5-15% массовых, как, например, 6-10% массовых, указанные процентные содержания основаны на массе пиротехнического заряда (зарядов), в частности воспламеняющего заряда.

В соответствии с общепринятой практикой добавки, иные, чем пиротехнические добавки, также могут быть включены в смеси, например в порядке улучшения свойств сыпучести или прессуемости, или в качестве связующих добавок для улучшения связности или для создания возможности грануляции, например материалы на основе глины или карбоксиметилцеллюлозы. Добавки для этих последних целей обычно используются в малых количествах, особенно, если добавки непрерывно выделяют газы, например, меньше, чем 4% массовых, предпочтительно менее 2% массовых и часто даже меньше, чем 1% массовый на основе массы пиротехнического заряда (зарядов), особенно воспламеняющего заряда.

Предпочтительно воспламеняющий заряд и любые другие пиротехнические заряды обычно состоят из порошкообразных смесей. Размер частиц может быть использован для влияния на скорость горения, и, как правило, он может составлять между 0,01 и 100 микронами, и в частности между 0,1 и 10 микронами. Предпочтительно порошки могут быть гранулированы для облегчения дозировки и прессования, например, до размера между 0,1 и 2 мм, или предпочтительно между 0, 2 и 0,8 мм. Предпочтительно гранулы формируют из смеси компонентов, составляющих по меньшей мере окислительно-восстановительную пару.

Хотя композиции являются относительно нечувствительными к случайному инициированию в сухом состоянии, предпочтительно смешивать и готовить композиции в жидкой фазе, предпочтительно в водной среде или по существу в чистой воде. Смесь может быть гранулирована из жидкой фазы с помощью обычных средств.

Скорость горения воспламеняющего заряда может варьироваться в широких пределах, но обычно она изменяется между 0,001 и 50 м/с, лучше - между 0,005 и 10 м/с. Скорости горения свыше 50 и особенно свыше 100 м/с обычно создают такие условия для заряда, которые являются не подходящими или нетипичными для применений детонатором. Как указано выше, на скорость горения можно воздействовать несколькими путями, а именно путем выбора окислительно-восстановительной системы, стехиометрического баланса реагентов, использования инертных добавок, размеров частиц в заряде и плотности прессования.

Общие пределы по плотности прессования установить нельзя, поскольку могут быть использованы частицы, находящиеся в состоянии, начиная с полного отсутствия уплотнения и до сильно спрессованного состояния. Для создания зарядов, отвечающих целям данного изобретения, надо использовать такие количества композиции, которые будут достаточными, чтобы обеспечивать прессовку; т. е. по всем трем габаритам заряда эти количества должны в несколько раз и предпочтительно во много раз иметь превышение относительно размеров частиц в случае гранулированного материала относительно по меньшей мере исходных частиц гранул.

Как упоминалось выше, описанные выше воспламеняющие заряды могут в общем быть использованы для пиротехнических целей, чтобы воспламенять вторичные взрывчатые вещества, но они имеют особенную ценность в детонаторах, в основном для промышленных горных взрывных работ. Как рассмотрено выше, такой детонатор содержит оболочку с основным зарядом, содержащим или состоящим из вторичного взрывчатого вещества, расположенным на одном конце, воспламеняющих средств, расположенных на противоположном конце, и промежуточной части или секции с пиротехнической цепью, выполненной с возможностью преобразования импульса воспламенения от воспламеняющих средств в детонацию основного заряда.

Воспламеняющие средства могут быть любого известного типа, такие как инициируемый электричеством запал, плавная вставка, детонационный шнур, низкоэнергетический ударный трубчатый взрыватель (например, NONEL), взрывчатый шнур или пленка, лазерные импульсы, подводимые, например, с помощью волоконной оптики, электронные устройства и пр. Для воспламенения данных зарядов тепловыделяющие воспламеняющие средства являются предпочтительными.

Пиротехническая цепь может включать в себя замедляющий заряд, обычно в форме колонки, заключенной в по существу цилиндрический элемент. Цепь может также включать в себя заряды переноса для усиления горения или для облегчения воспламенения медленно действующих зарядов и может дополнительно включать изолирующие заряды для создания газопроницаемости. Конечной частью цепи является стадия преобразования в основном тепловыделяющего горения в пиротехнических зарядах в удар и детонацию основного заряда.

Обычно это делают за счет включения небольшого количества первичного взрывчатого вещества после детонируемого вторичного взрывчатого вещества. Первичные взрывчатые вещества детонируют быстро и надежно, когда они подвергаются нагреву или умеренному удару. Однако новые разработки сделали возможным выполнение коммерчески доступного детонатора без первичного взрывчатого вещества (далее "NPED"), в котором взрывчатое вещество заменяется некоторым механизмом, который будет обсуждаться в дальнейшем, для непосредственного формирования детонации во вторичном взрывчатом веществе.

Композиции, описанные выше, также могут быть использованы в качестве заряда для быстрого переноса, чтобы захватывать и усиливать слабые импульсы горения или способствовать воспламенению более медленно действующих композиций. Композиции пригодны для этой цели благодаря высоким скоростям горения и малому временному разбросу, слабой зависимости от давления, простоте инициирования, нечувствительности к случайному инициированию и хорошей воспламеняемости по сравнению с другими зарядами. Предпочтительно композиция является композицией с повышенным выделением газов, как определено выше. Является предпочтительным, чтобы в пиротехнической цепи указанный заряд, расположенный на средствах воспламенения заряд переноса, или составляет его часть, для переноса импульса воспламенения от средств воспламенения к последующим частям пиротехнической цепи. Для поддержания скорости реакции и чувствительности к воспламенению пористость заряда должна быть высокой, а плотность прессования - низкой. Предпочтительно плотность заряда соответствует усилию прессования ниже 100 МПа, а более предпочтительно - ниже 10 МПа; и могут использоваться заряды, по существу не подвергавшиеся прессованию. Предпочтительно заряд содержит гранулированный материал и прессуется с усилием, достаточным, чтобы придать максимальную пористость заряду.

В этом контексте скорость горения заряда может быть более 0,1 и предпочтительно более 1 м/с. Для этой цели необходимы только малые заряды, и предпочтительно количество заряда является достаточно малым, чтобы обеспечить время задержки в указанном заряде переноса меньшее 1 мс, а предпочтительно - меньшее 0,5 мс.

Обычно и предпочтительно не существует никаких дополнительных зарядов на воспламеняющих средствах, но заряд переноса, или его инертная оболочка обращена к воспламеняющим средствам. Воздушный зазор может присутствовать между зарядом и воспламеняющими средствами, причем этот зазор заполняют такими средствами, как запал или ударный трубчатый взрыватель, и это обстоятельство облегчает изготовление. Воспламеняющие средства могут также быть заключены внутри заряда, способствуя захвату воспламеняющего импульса. В последнем случае специальное преимущество может быть достигнуто в сочетании с электрическими воспламеняющими