NL193758C - Pyrotechnische keten. - Google Patents

Description

1 193758

Pyrotechnische keten

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een pyrotechnische keten, voorzien van een reactief laminaat.

5 Een dergelijke pyrotechnische keten is geopenbaard in Amerikaans octrooischrift US-A-4.080.902. Dit geopenbaarde ontstekingssysteem dient echter voor het genereren van grote hoeveelheden hitte en gas.

Pyrotechnische vertragingsstelsels met meerdere ketens zijn tevens bekend voor het initiëren van complexe reeksen van gebeurtenissen, bijvoorbeeld in een raket of projectiel. Dergelijke vertragingsstelsels zijn over het algemeen geconstrueerd uit bekende vertragingskoorden, die voorzien zijn van loden buizen 10 die allereerst worden gevuld met een bereide korrelige pyrotechnische samenstelling bestaande uit materialen die zijn geselecteerd, bereid en in bepaalde verhoudingen gemengd teneinde gewenste verbrandingssnelheden te bereiken. De gevulde buizen worden vervolgens tot dunnere diameter getrokken, op lengte gesneden, in vorm gebracht en met de hand gecombineerd met geschikte koppelings-componenten. Het gehele proces is langdurig en vereist menselijke handelingen, de gereedschapskosten 15 zijn hoog, er is een schone werkruimte nodig en het proces kan gevaarlijk zijn. De resulterende meervoudige keten heeft ook als nadelen een aantal ongewenste koppelvlakken en ongelijkmatige verbrandings-tijden. Verder zijn er problemen die samenhangen met het gebruik van dergelijke stelsels met meerdere ketens binnen een gesloten omhulling omdat de loden behuizing, die tijdens het verbrandingsproces smelt, rondom zal wegspatten waardoor andere componenten in de behuizing, zoals kunststof materiaalomhullin-20 gen, mogelijkerwijze kunnen worden beschadigd. Ook de druk van de gassen, die worden gegenereerd tijdens de verbranding door het tamelijk grote volume aan pyrotechnisch materiaal kan vervelend hoog zijn, in het bijzonder indien de capsule wordt gebruikt bij een lage omgevingsdruk.

De onderhavige uitvinding tracht deze moeilijkheden te voorkomen door een pyrotechnische keten te verschaffen die met grotere nauwkeurigheid functioneert en een grotere inherente sterkte heeft dan 25 bereikbaar is met de korrelige samenstellingen, en door een productiewerkwijze te verschaffen dat geschikt is voor de automatisering.

Volgens een eerste doelstelling van de uitvinding tracht de uitvinding een volledig afdichtbare vertragingsketen te verschaffen. Volgens een tweede doelstelling tracht de uitvinding een pyrotechnische keten te verschaffen die blootgelegd kan worden en die, na ontsteking een voorafbepaald golflengte-30 spectrum zal uitzenden, en volgens een derde doelstelling tracht de uitvinding een brugontstekingseenheid te verschaffen met een reactietijd die vergelijkbaar is met die van een exploderende brugdraad, maar die een grotere betrouwbaarheid bezit.

De pyrotechnische keten als in de aan het omschrevene is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt door een aantal films van een elektronen-afgevend of donormateriaal afwisselend gelaagd met een aantal 35 films van een elektronen-ontvangend of acceptormateriaal allemaal achtereenvolgens uit de dampfase neergeslagen op een substraat, welke twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien zij worden blootgesteld aan hitte.

De pyrotechnische keten volgens de onderhavige uitvinding heeft als voordeel dat de brandsnelheid van de pyrotechnische keten veranderd kan worden tot elke gewenste snelheid door het aantal lagen van 40 elektronendonormateriaal en elektronenacceptormateriaal te variëren. Daarnaast kan de pyrotechnische keten afgedicht worden, waardoor de problemen met betrekking tot excessieve gasgeneratie voorkomen worden.

Opgemerkt wordt dat uit Amerikaans octrooischrift US-A-4.409.898 een elektrische ontsteking bekend is, voorzien van een pyrotechnische lading.

45 Verder is uit de Engelse octrooiaanvrage GB-A-2.123.122 een explosieveninrichting bekend voorzien van een micro-elektronische schakeling, die bijvoorbeeld gebruikt kan worden voor besturing van een reeks detonaties.

Het reactieve laminaat kan verder één of meer films van een moderatormateriaal bevatten dat selectief als laag is aangebracht tussen de genoemde reactieve films tijdens het neerslagproces teneinde de laterale 50 voortplantingskarakteristiek te modereren, waardoor een gewenste verbrandingssnelheid wordt bereikt. Het moderatormateriaal kan ook worden geselecteerd voor het injecteren van gewenste frequenties in het resulterende stralingsspectrum. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is daarom gekenmerkt door ten minste een tussenliggende film van moderatormateriaal.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de dikte van elke film niet groter dan 2 micrometer. Dit 55 teneinde een betrouwbare voortplantingskarakteristiek te verzekeren.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het elektronen-afgevende materiaal titaan en het elektronen-ontvangen materiaal lood. Deze materialen kunnen met aan de deskun- 193758 2 dige bekende technieken aangebracht worden. Gebaseerd op de derde doelstelling van de uitvinding, d.w.z. het verschaffen van de brugontstekingseenheid, wordt het reactieve laminaat gebruikt om een brisant-reactievoortplantingsweg te verschaffen. Volgens deze voorkeursuitvoeringsvorm is de keten gekenmerkt doordat de keten als brug is aangebracht tussen twee elektroden die zich bevinden aangrenzend aan een 5 detonatorlading. Daarbij is het laminaat direct opgedampt op een conventionele isolerende ondersteuning voor de elektroden.

Een tweede aspect van de uitvinding betreft een werkwijze voor het vervaardigen van een pyrotechni-sche keten, gekenmerkt doordat de werkwijze de stappen omvat van a) het achtereenvolgens uit de dampfase neerslaan op een substraat van een aantal films van een elektronen-afgevend materiaal en een Ό aantal films van een elektronen-ontvangend materiaal in een tussenlaagse, alternerende materiaalvolgorde van individuele films, waarbij de twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien deze worden blootgesteld aan hitte, en b) het selectief etsen van het neergeslagen aantal films teneinde ongewenste delen daarvan te verwijderen in een gewenste configuratie van reactievoortplantingswegen op het substraat.

'5 Als alternatief is de werkwijze gekenmerkt doordat de werkwijze de stappen van: a) het selectief maskeren van een substraat teneinde een gewenste configuratie van blootgestelde wegen op het substraat te verschaffen door het maskeren, en b) het achtereenvolgens uit de dampfase neerslaan op het gemaskeerde substraat van een aantal films van een elektronen-afgevend materiaal en een aantal films van een elektronen-ontvangend materiaal in een tussenlaagse, alternerende materiaalvolgorde van individuele films, 10 waarbij de twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien deze worden blootgesteld aan hitte.

Beide laatstgenoemde werkwijzen hebben bijzondere voordelen bij de fabricage van complexe systemen met meerdere ketens, omdat de integrale neerslag van alle voortplantingswegen van het stelsel mogelijk wordt gemaakt en derhalve de noodzaak van ongewenste koppelingen wordt geëlimineerd.

?5 Een plenaire configuratie verdient, gebaseerd op de eerste doelstelling van de uitvinding ook de voorkeur indien het vereist is de voortplantingswegen afdichtend te omsluiten, waarbij een bovenste bedekkingslaag van PTFE of van een inert materiaal, bij voorkeur een materiaal met een lage thermische geleidbaarheid, gemakkelijk afdichtend kan worden aangebracht op het substraat. Een dergelijke opsluiting doet zowel dienst voor het begrenzen van de reactie alsook voor het regelen van de druk van de reactie en derhalve 10 van de verbrandingssnelheid. De mate van aansluiting van de omhulling kan worden gevarieerd teneinde een verdere invloed uit te oefenen op de voortplantingskarakteristiek.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding en werkwijzen voor vervaardiging van de keten zoals nu bij wijze van voorbeeld worden beschreven met verwijzing naar de figuren.

35 Figuur 1 is een bovenaanzicht van een plenair pyrotechnisch stelsel met meerdere ketens.

Figuur 2 is een deeldoorsnede volgens de lijn ll-ll in figuur 1.

Figuur 3 is een deeldoorsnede van een andere uitgevoerde aansluitingsconfiguratie voor het multi-ketenstelsel uit figuur 1, en figuur 4 is een axiale doorsnede door een brugontstekingseenheid.

W

Het pyrotechnische stelsel met meerdere ketens dat geïllustreerd is in de figuren 1 en 2 omvat een keramische steunplaat 1 waarop een netwerk van reactieve gelamineerde, op diverse wijzen met elkaar verbonden voortplantingswegen 2 is aangebracht welke verlopen naar randaansluitingen 3 t/m 7. Het netwerk van wegen 2 wordt aan de bovenzijde bedekt door een op corresponderende wijze uitgevoerde t5 bedekking 8 van keramisch materiaal die aan zijn randen afdichtend is bevestigd aan de steunplaat 1, behalve bij de eindaansluitingen 3 t/m 7.

Elke weg 2 omvat een stapel van afwisselend op elkaar neergeslagen films 9 en 10 die tezamen reactief zijn, en bevat één tussenliggende modulatorfilm 11. De films 9 en 10 bestaan respectievelijk uit elektronen-accepterend of acceptormateriaal en elektronenafgevend of donormateriaal, waarbij in het onderhavige 50 voorbeeld loodoxide is gebruikt voor de films 9 en titanium is gebruikt voor de films 10. De film 11 is optioneel en kan bestaan uit een inert materiaal zoals silicium.

De wegen 2 zijn gevormd op de plaat 1 met behulp van de fabricagewerkwijze die in het volgende wordt beschreven.

Eén geheel vlak van de steunplaat 1 wordt allereerst op geschikte wijze voorbereid en vervolgens geheel 55 bekleed met de films 9,10 en 11 in de juiste opeenvolging gebruikmakend van de conventionele (niet getoonde) vacuümneerslagapparatuur. De bronmaterialen voor het neerslagproces, bijvoorbeeld loodoxide, titanium en silicium bevinden zich elk in afzonderlijke verdampingshouders en worden elk op hun beurt i i i i 3 193758 verdampt door middel van een elektronenbundel in een argonatmosfeer.

Om een betrouwbare reactievoortplantingskarakteristiek te verzekeren wordt de dikte van elke neergeslagen film 9,10 en 11 bij voorkeur niet groter gekozen dan 2 pm, films van grotere dikte zijn ongewenst omdat hun warmte-absorptie voldoende kan zijn om de exotherme aard van de aan de tussenvlakken 5 optredende reactie teniet te doen. Het totale aantal vereiste reactieve films 9 en 10 hangt af van de dikte en van de thermische geleidbaarheid van de steunplaat, d.w.z. van de effectiviteit als doelplaat ervan. Bij gebruik van een steunplaat van aluminiumoxide met een dikte van 1 mm en een thermische geleidbaarheid van 17 W/m is de neerslag van 100 films 9 en 100 films 10, elk met een dikte van 0,5 pm, effectief gebleken. (Terwille van de duidelijkheid zijn in de tekeningen slechts enkele films geïllustreerd.) 10 De op deze wijze neergeslagen films 9,10 en 11 hebben elk een kolomvormige kristalroosterstructuur die intermoleculair gekoppeld is met elk volgend aangrenzend rooster zodat een reactief laminaat wordt verschaft dat, nadat het eenmaal ontstoken is, een exothermische reactie tussen de roosters zal handhaven.

Na voltooiing van het neerslagproces worden de gewenste gebieden van het neergeslagen laminaat, 15 d.w.z. het netwerk van wegen 2, gemaskeerd met een zuurbestendige (niet getoonde) bekleding en de overblijvende gebieden van de films worden verwijderd door etsen in zuur op een wijze zoals bekend is uit de vervaardiging van printplaten. De plaat 8 wordt dan op de steunplaat 1 aangebracht en aan zijn randen afgedicht door middel van een compactibel (niet getoond) afdichtmiddel.

Een soortgelijk netwerk van wegen 2 kan ook worden vervaardigd door de steunplaat voorafgaand aan 20 het neerslaan van de films 9, 10 en 11 te maskeren.

Tijdens gebruik wordt het netwerk van voortplantingswegen elektrisch of door middel van wrijving of door een hitte-afgevende bron ontstoken bij één geselecteerde eindaansluiting, bijvoorbeeld eindaansluiting 3, en de daaruit resulterende exotherme reactie plant zich voort langs de wegen 2 met een uniforme snelheid teneinde een ontstekingsbron te presenteren bij elk van de resterende eindaansluitingen 4 t/m 7 op 25 onderlinge-intervallen die nauwkeurig worden bepaald door deJengten.van.de ernaartoeJeidende .wegen. In een bepaalde toepassing kunnen alle of slechts enkele eindaansluitingen 4 t/m 7 worden gebruikt voor het initiëren van andere vertragingen of gebeurtenissen bij de eindaansluitingen.

Een verdere andere fabricagewerkwijze vergt het gebruik van fotogevoelig glas voor de steunplaat 1, welk materiaal bekend is uit de printplaatproductie, en welk materiaal minder bestand is tegen blootstelling 30 aan ultraviolette straling. De plaat 1 van dit materiaal kan allereerst worden gemaskeerd met de gewenste configuratie van voortplantingswegen, vervolgens aan ultraviolette straling worden blootgesteld en daarna worden geëtst teneinde een opengewerkte mal voor het wegennetwerk te vormen, welke mal vervolgens wordt gebruikt voor de vacuümneerslag van het reactieve laminaat op de eerder beschreven wijze. Het afdichten van de op deze wijze vervaardigde voortplantingswegen wordt gerealiseerd door de bekleedde 35 mal in te kapselen tussen de bekleding 8 en een (niet getoonde) extra basisplaat.

Figuur 3 illustreert een andere uitvoering van een eindaansluiting die wordt gebruikt wanneer de toegang tot het meerketensysteem plaatsvindt in dikterichting door de plaat 1. In deze configuratie zijn geschikt gevormde openingen 12 aangebracht in de plaat voorafgaand aan het neerslagproces, waarbij de randen van deze openingen worden bekleed met het reactieve laminaat tijdens het daaropvolgende neerslagproces 40 tezamen met het bekleden van het plenaire oppervlak van de plaat.

Gespecialiseerde gebeurtenisinitiators kunnen bijvoorbeeld integraal worden gevormd met de wegen op geselecteerde eindaansluitingen tijdens het fabricageproces. Bovendien kunnen alternatieve routes worden ingebouwd in een bepaald meerketenstelsel zodat een selectie van vertragingstijden mogelijk is.

De eigenschappen van de uitvinding waarmee aan de eerste doelstelling wordt voldaan zijn ook 45 toepasbaar op de fabricage van spoorplaten voor het verschaffen van een meervoudige simultane ontsteking voor de initiatie van explosieven of pyrotechnische inrichtingen in een ruime variëteit van geometrische configuraties.

Het opgedampte reactieve laminaat volgens de uitvinding is inherent sterker dan granulaire pyrotechnische samenstellingen en verdient derhalve de voorkeur bij het realiseren van de tweede doelstelling van de 50 uitvinding omdat er geen beschermende externe afdeklaag nodig is. Daarbij kunnen de reactieve en modererende materialen die in het laminaat worden gebruikt zodanig worden gekozen dat de afgegeven hitte een specifiek stralingsspectrum heeft. Een verder voordeel ligt in de ruime keuze van materialen die gemakkelijk kunnen worden opgedampt zodat een uitgebreide reeks van golflengten in het stralingsspectrum mogelijk is.

55 In overeenstemming met de derde doelstelling verschaft de uitvinding eenvoudige middelen voor het fabriceren van elektrisch gevoelige detonatoren en ontsteekbare initiatoren. Een conventionele cilindrische configuratie zoals bekend uit Amerikaans octrooischrift US-A-4.409.898 is geïllustreerd in figuur 4, waarin

Claims (7)

193758 4 een eerste elektrode in de vorm van een pen 40 coaxiaal wordt vastgehouden binnen een cilindrische tweede elektrode 41 door middel van een isolerende bus 42, waarbij het reactieve laminaat 43 direct op het ringvormige eindvlak van de bus is aangebracht aangrenzend aan een detonatorlading 44 waardoor een betrouwbare in meerdere radiale richtingen verlopende reactievoortplantingsweg wordt verschaft tussen de 5 twee elektrodes waarmee een heftige reactie kan worden bereikt bij een relatief lage spanning. Deze configuraties kunnen ook worden gebruikt als een ontsteker, louter en alleen door het reduceren van de spanning die aan de elektronen wordt aangeboden. Een andere toepassing van de uitvinding is de vervaardiging van snel reagerende elektrische (niet getoonde) afschakelende zekeringen. 0

1. Pyrotechnische keten, voorzien van een reactief laminaat, gekenmerkt door een aantal films van een '5 elektronen-afgevend of donormateriaal (10) afwisselend gelaagd met een aantal films van een elektronen- ontvangend of acceptormateriaal (9) allemaal achtereenvolgens uit de dampfase neergeslagen op een substraat (1), welke twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien deze worden blootgesteld aan hitte.

2. Pyrotechnische keten volgens conclusie 1, gekenmerkt door ten minste een tussenliggende film (11) van 10 een moderatormateriaal.

3. Pyrotechnische keten volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de dikte van elke film (9,10,11) niet groter is dan 2 micrometer.

4. Pyrotechnische keten volgens een der conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat het elektronen-afgevende materiaal (10) titaan is en het elektronen-ontvangende materiaal (9) lood is. ?5 5. Pyrotechnische keten volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de keten als brug is aangebracht tussen twee elektroden (40, 41) die zich bevinden aangrenzend aan een detonatorlading (44).

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een pyrotechnische keten volgens één der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat de werkwijze de stappen omvat van: a. het achtereenvolgens uit de dampfase neerslaan op een substraat (1) van een aantal films van een 10 elektronen-afgevend materiaal (10) en een aantal films van een elektronen-ontvangend materiaal (9) in een tussenlaagse, alternerende materiaalvolgorde van individuele films, waarbij de twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien deze worden blootgesteld aan hitte, en b. het selectief etsen van het neergeslagen aantal films (9,10) teneinde ongewenste delen daarvan te verwijderen in een gewenste configuratie van reactievoortplantingswegen (2) op het substraat (1).

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een pyrotechnische keten volgens één der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat de werkwijze de stappen omvat van: a. het selectief maskeren van een substraat (1) teneinde een gewenste configuratie van blootgestelde wegen op het substraat te verschaffen door het maskeren, en b. het achtereenvolgens uit de dampfase neerslaan op het gemaskeerde substraat van een aantal films f0 van een elektronen-afgevend materiaal (10) en een aantal films van een elektronen-ontvangend materiaal (9) in een tussenlaagse, alternerende materiaalvolgorde van individuele films, waarbij de twee materialen tezamen een exotherme reactie kunnen uitvoeren indien deze worden blootgesteld aan hitte. Hierbij 2 bladen tekening