Effect of additives on CuO/Al nanothermite properties

Синтезированное в ИПХЭТ СО РАН низкочувствительное высокоэнергетическое вещество 1-метил-3-нитро-1,2,4-триазол (1Ме-3Н) рассматривается как перспективная добавка, способная увеличить силу взрыва нанотермитных композиций. В работе приведены результаты исследования силы взрыва (F) нанотермитной композиции CuO/Al/1Me-3H в зависимости от содержания 1Ме-3Н. Исследован ряд составов различной рецептурной компоновки: I – соотношение компонентов тройной смеси CuO/Al/1Me-3H соответствовало максимальной расчетной теплоте взрыва композиции (Q) при заданном содержании 1Ме-3Н; II – соотношение компонентов тройной смеси соответствовало максимальному расчётному значению давления (P), развиваемому при горении композиции в замкнутом объеме; III –соотношение компонентов базовой нанотермитной пары CuO/Al (79/21 % масс.), соответствующее максимальному расчетному значению Q, оставалось постоянным в тройной смеси; IV – соотношение компонентов базовой нанотермитной пары CuO/Al (76/24 % масс.), соответствующее максимальному расчетному значению P, оставалось постоянным в тройной смеси. Для всех типов компоновки выявлен экстремальный характер зависимости силы взрыва от содержания 1Ме-3Н, при этом максимальные значения F наблюдаются при содержании добавки 5 % для компоновки I (F = 107 %), 10 % для компоновки II (F = 128 %), 25 % для компоновки III (F = 151 %) и 30 % для компоновки IV (F = 147 %). The low-sensitivity high-energy substance 1-methyl-3-nitro-1,2,4-triazole (1Me-3H), synthesized at the IPCET SB RAS, is considered as a promising additive capable of increasing the explosion force of nanotermitic compositions. The paper presents the results of a study of the explosion force (F) of the nanothermic composition CuO / Al / 1Me-3H, depending on the content of 1Me-3H. A number of compositions of various prescription configurations were investigated: I - the ratio of the components of the ternary mixture CuO/Al/1Me-3H corresponded to the maximum calculated heat of explosion of the composition (Q) at a given content of 1Me-3H; II - the ratio of the components of the ternary mixture corresponded to the maximum calculated value of the pressure (P) developed during the combustion of the composition in a closed volume; III — the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO/Al (79/21 %), corresponding to the maximum calculated value of Q, remained constant in the ternary mixture; IV - the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO / Al (76/24 %), corresponding to the maximum calculated value of P, remained constant in the ternary mixture. For all types of prescription configurations, an extreme nature of the dependence of the force explosion on the content of 1Me-3H was revealed, while the maximum values of F are observed at an additive content of 5% for configuration I (F = 107%), 10% for configuration II (F = 128%), 25% for configuration III (F = 151%) and 30% for configuration IV (F = 147%).

Section: нанотермитыunclassified

EFFECT OF PRESCRIPTION CONFIGURATION ON EXPLOSIVE FORCE NANOTHERMITE COMPOSITION CuO/Al/1Me-3H

Gordeev¹,

Казутин²,

Kozyrev³

2021

“…Ведётся активный поиск флегматизирующих добавок в нанотермитные смеси, способных снизить чувствительность без потери уникальных критических параметров взрывчатого превращения. Так, введение дисульфида молибдена, полианилина, фторполимеров (Viton A), синтетических каучуков (СКИ), углеродных материалов (графит, графен и т.п) [8][9][10][11][12][13][14][15] Nanothermites are considered as promising energy-saturated materials for the creation of pyrotechnic products of a wide range, due to their ability to burn in thin layers, microgram quantities. However, due to the high sensitivity of nanothermites to electric spark and friction, their use is very difficult, and therefore the search for additives that reduce sensitivity, but retain acceptable parameters of explosive characteristics of nanothermite compositions is relevant.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

effect of 1Me-3H additive on the explosive force nanothermite systems SnO2/Al and WO3/Al

Gordeev¹,

Казутин²,

Kozyrev³

2021

Нанотермиты рассматриваются как перспективные энергонасыщенные материалы для создания пиротехнических изделий широкого спектра, ввиду их способности горения в тонких слоях, микрограммовых навесках. Однако из-за высокой чувствительности нанотермитов к электрической искре и трению, сильно осложняется их практическое использование, в связи с чем актуален поиск добавок, снижающих чувствительность, но сохраняющих приемлемые параметры взрывчатых характеристик нанотермитных композиций. В качестве таковых добавок целесообразно использовать высокоэнтальпийные вещества, отличающиеся низкой чувствительностью. Одним из таких веществ является 1-метил-3-нитро-1,2,4-триазол (1Ме-3Н). В работе представлены результаты исследования силы взрыва (F) нанотермитных систем на основе оксида олова и алюминия SnO2/Al, оксида вольфрам и алюминия WO3/Al в зависимости от содержания 1Ме-3Н. Исследован ряд составов разной рецептурной компоновки (I и II): в компоновке I – соотношение компонентов в нанотермитной композиции соответствовало максимальной расчетной теплоте взрыва (Q) при заданном содержании 1Ме-3Н; II – соотношение компонентов базовой нанотермитной пары остается неизменным в тройных смесях. В системе SnO2/Al/1Ме-3Н выявлен экстремальный характер зависимости силы взрыва F от концентрации 1Ме-3Н, при этом максимальные значения F наблюдаются при содержании добавки 10 % для обоих рецептурных компоновок: I – F = 163 %; II – F = 160 %. Для системы WO3/Al/1Ме-3Н обоих рассмотренных рецептурных компоновок наблюдается монотонное снижение силы взрыва с ростом содержания1Ме-3Н: при содержании добавки 15 % композиция теряет взрывчатые свойства (F=0 %). Нанотермитная система SnO2/Al/1Ме-3Н, как и ранее изученные CuO/Al/1Ме-3Н, Bi2O3/Al/1Ме-3Н, MoO3/Al/Ме-3Н проявляет экстремальный характер зависимости силы взрыва F от содержания 1Ме-3Н, подтверждая ранее принятые положения о механизме реакционного взаимодействия в нанотермитных композициях с органическими добавками, тогда как для композиции WO3/Al/1Ме-3Н, по-видимому, присущ отличный от принятого механизм горения, требующий дополнительных исследований. Nanothermites are considered as promising energy-saturated materials for the creation of pyrotechnic products of a wide range, due to their ability to burn in thin layers, microgram quantities. However, due to the high sensitivity of nanothermites to electric spark and friction, their use is very difficult, and therefore the search for additives that reduce sensitivity, but retain acceptable parameters of explosive characteristics of nanothermite compositions is relevant. As such additives, it is advisable to highly use enthalpy substances characterized by low sensitivity. One of these substances is 1-methyl-3-nitro-1,2,4-triazole (1Me-3H). The paper presents the results of a study of the explosion force (F) of nanothermite systems based on tin oxide and aluminum SnO2/Al, tungsten oxide and aluminum WO3/Al depending on the content of 1Me-3H. Several compositions of different prescription configuration (I and II) were studied: in the configuration, I - the ratio of components in the nanothermite composition corresponded to the maximum calculated heat of explosion (Q) at a given content of 1Me-3H; II - the ratio of the components of the base nanothermite pair remains unchanged in triple mixtures. In the SnO2/Al/1Me-3H system, the extreme nature of the dependence of the explosion force F on the concentration of 1Me-3H was revealed, while the maximum values of F were observed at an additive content of 10% for both prescription configuration: I - F = 163%; II - F = 160%. For the WO3/Al/1Me-3H system of both considered compounding arrangements, a monotonous decrease in the explosion force with an increase in the content is observed 1Me-3H: with an additive content of 15%, the composition loses explosive properties (F = 0%). The nanothermite system SnO2/Al/1Me-3H, as well as the previously studied CuO/Al/1Me-3H, Bi2O3/Al/1Me-3H, MoO3/Al/Me-3H, exhibits an extreme dependence of the explosion force F on the content of 1Me-3H, confirming the previously accepted provisions on the mechanism of reaction interaction in nanothermite compositions with organic additives, whereas the composition WO3/Al/1ME-3H, apparently, has a different combustion mechanism from the accepted one, requiring additional research.

“…[15,[29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39], подобные системы выделяют в отдельный классгибридные нанокомпозитные материалы [32]. Данный класс материалов можно расширить, так как имеется большое количество работ посвященных изучению смесей нанотермитов с компонентами различной природыполимеры [40][41][42][43][44][45][46] Для описания представленных экспериментальных результатов, как и в ряде наших предыдущих работ [80][81][82][83] The paper presents the results of a study of the explosion force F of the CuO/Al nanothermic system with the addition of a gasgenerating material -azodicarbonamide (ADCA). For the studied nanothermite composition, two principles of prescription configuration were applied: 1 -the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO/Al (78/22%), corresponding to the maximum calculated value of Q and remained constant in the triple mixture; 2 -the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO/Al (76/24%), corresponding to the maximum calculated value P and it remained constant in the triple mixture.…”

unclassified

ASSESSMENT OF THE influence AZODICARBONAMIDE ON THE combustion performance OF NANOTHERMITE SYSTEM CuO/Al

Гордеев,

Казутин,

Козырев

2023

В работе представлены результаты исследования силы взрыва F нанотермитной системы CuO/Al с добавкой газогенерирующего материала - азодикарбонамида (АДКА). Для исследуемой нанотермитной композиции, применялись два принципа компоновки рецептуры: 1 – соотношение компонентов базовой нанотермитной пары CuO/Al (78/22 %), соответствующее максимальному расчетному значению Q и оставалось постоянным в тройной смеси; 2 - соотношение компонентов базовой нанотермитной пары CuO/Al (76/24 %), соответствующее максимальному расчетному значению P и оставалось постоянным в тройной смеси. Установлено, что для композиции CuO/Al/АДКА зависимость силы взрыва от содержания добавки имеет экстремальный характер, где F достигает предельных значений – 247 % (компоновка 1) и 256 % (компоновка 2) от уровня базовой нанотермитной смеси, при содержании АДКА – 23 % (компоновка 1) и 25 % (компоновка 2). Последующие увеличение содержания АДКА в системе, не приводит к значительному снижению силы взрыва и наблюдается стабилизация F на уровне 243-244 % в случае компоновки 1 (27-30 % АДКА) и 250-252 % в случае компоновки 2 (25-34 % АДКА). Подобный характер зависимости силы взрыва от содержания добавки, мы связываем с проявлением «каталитического эффекта», который является совокупностью свойств азодикарбоанамида и компонентов нанотермитной смеси, а именно способности АДКА к автокатализу при разложении и проявления каталитических способностей оксида меди в пиротехнических смесях с АДКА. The paper presents the results of a study of the explosion force F of the CuO/Al nanothermic system with the addition of a gas-generating material - azodicarbonamide (ADCA). For the studied nanothermite composition, two principles of prescription configuration were applied: 1 – the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO/Al (78/22%), corresponding to the maximum calculated value of Q and remained constant in the triple mixture; 2 - the ratio of the components of the base nanothermite pair CuO/Al (76/24%), corresponding to the maximum calculated value P and it remained constant in the triple mixture. It was found that for the CuO/Al/ADKA composition, the dependence of the explosion force on the additive content has an extreme character, where F reaches the limit values of 247% (configuration 1) and 256% (configuration 2) from the level of the base nanothermite mixture, with an ADKA content of 23% (configuration 1) and 25% (configuration 2). The subsequent increase in the content of ADCA in the system does not lead to a significant decrease in the explosion force and stabilization of F is observed at the level of 243-244% in the case of configuration 1 (27-30% ADCA) and 250-252% in the case of configuration 2 (25-34% ADCA). We associate the similar nature of the dependence of the explosion force on the content of the additive with the manifestation of the "catalytic effect", which is a combination of the properties of azodicarboanamide and the components of the nanothermic mixture, namely the ability ADCA for autocatalysis during decomposition and catalytic properties of copper oxide in pyrotechnic mixtures with ADCA.