NO310285B1 - Pyroteknisk ladning for detonatorer - Google Patents

Abstract

Detonator omfattende et skall med en grunnladning av et sekundæreksplosiv, tennanordninger og et mellomlfggende pyroteknisk tog, hvor toget omfatter en ny tennsammensetnlng med et spesifikt redokspar av et metallbrensel og et metalloksid-oksidasjonsmiddel, hvor brenslet er til stede i overskudd i forhold til mengden som støkiometrisk er nødvendig for å. redusere metalloksidet, hvor tennsammensetningen er i stand til å. tenne sekundæreksplosivet til en konvektiv flagrerende tilstand for pålitelig å detonere dette. Generell anvendelse av den nye tennsammensetnlng for antennelse av sekundæreksplosiver.

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører teknikken for detonatorer av typen som omfatter et skall med en grunnladning omfattende et sekundæreksplosiv anordnet ved én ende i skallet, tennanordninger anordnet ved den motsatte ende i skallet, og en mellomliggende del med et pyroteknisk tog i stand til å omdanne en tennpuls fra tennanordningen til en detonasjon av grunnladningen. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen nye sammensetninger av pyrotekniske ladninger for bruk som tennladninger i slike detonatorer, og for tenning av sekundæreksplosiver generelt.

Oppfinnelsens bakgrunn

Detonatorer benyttes til ulike formål, både militært og sivilt, men vil her bli beskrevet i hovedsak i forbindelse med anvendelser for kommersiell bergsprengning hvor vanligvis et mangfold av detonatorer fra et assortement med forskjellige interne tidsforsinkelser er koblet i et nettverk av elektriske eller ikke-elektriske signalledere.

Således kan detonatorer med pyrotekniske ladninger benyttes til ulike formål i et pyroteknisk tog, med omvandling av en tennpuls fra tenn- eller signalanordninger til en detonasjon i en grunnladning, for eksempel som en hurtig over-førings- eller forsterkningsladning, en langsom forsinkelsesladning, en gassugjennomtrengelig tetningsladning, eller en tennladning for detonering av grunnladningen.

Ett eksempel på en pyroteknisk ladning i et pyroteknisk tog finnes i US patentskrift US-A-21853 71, hvor det beskrives en forsinkelsesladning med en legering av antimon som et spesifikt brensel. Andre eksempler er gitt i patent-skriftene GB-A-2146014 og DE-A-2413093, hvor det henholdsvis beskrives en pyroteknisk brenselsammensetning for adskillende kanaler ("severing conduits") og en eksplosiv blanding. Som et eksempel på en fremgangsmåte for fremstilling av pyrotekniske ladninger gjøres det henvisning til patentskrift EP 0310580, hvor det beskrives fremstilling av forsinkelses- og tennladninger.

Felles for all denne kjente teknikk er imidlertid at det ikke beskrives eller antydes bruk av den spesifikke tennladning for kvantitativt og pålitelig å detonere sekundær-eksplosivladninger, i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Stadig strengere krav pålegges alle delene i det pyrotekniske tog. Et hovedkrav er at ladningene skal brenne med veldefinerte og stabile reaksjonshastigheter med begrenset tidsvariasjon. Brennhastigheten må ikke påvirkes signifikant av omgivelsesforholdene eller aldring. Ladningene skal ha reproduserbare tennegenskaper og likevel være ufølsomme mot sjokk, vibrasjoner, friksjon og elektriske utladninger. Den nominelle brennhastighet bør være justerbar ved hjelp av mindre ladningsmodifikasjoner. Ladningsblandingen må være lett og enkel å fremstille, dosere og presse, og ikke være for følsom mot fremstillingsforholdene. I tillegg er det økende krav at ladningene ikke må inneholde giftige substanser, og at sammensetningene kan fremstilles uten helsefare slik som ved bruk av løsemidler.

Selv om pyrotekniske ladninger generelt kan anses som blandinger av et brensel og et oksidasjonsmiddel, og følgelig mange sammensetninger potensielt skulle være tilgjengelige, begrenser de ovennevnte krav tilsammen vesentlig valget av egnede sammensetninger for hver av ladningene. Det eksisterer imidlertid behov for videre forbedringer, både med hensyn til ytelse og fordi de hittil etablerte sammensetninger for formålet, slik som bly- eller kromatforbindelser, blir mindre tilgjengelige og akseptable.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en detonator, og pyrotekniske ladninger som er anvendbare i denne, med forbedret ytelse og egenskaper med hensyn til de ovennevnte forhold.

Et nærmere bestemt mål er å tilveiebringe en detonator med et pyroteknisk tog med kapasitet til å tenne et sekundæreksplosiv på en kvalitativ og pålitelig måte.

Et annet mål er å tilveiebringe en detonator med stabile egenskaper med hensyn til brennhastighet, aldring og miljøets påvirkning på fremstilling, lagring og anvendelse.

Et videre mål er å tilveiebringe en slik detonator med pålitelige egenskaper, men som likevel er sikker mot utilsiktet tenning.

Et annet mål er å tilveiebringe en slik detonator med mindre innhold av helsefarlige bestanddeler.

Et ytterligere mål er å tilveiebringe en slik detonator som tillater sikre og miljøvennlige forhold.

Enda et mål er å tilveiebringe anvendelse av en pyroteknisk ladning for tenning av sekundæreksplosiver generelt, og uten tilstedeværelse av noe primæreksplosiv i så henseende.

Disse mål oppnås ved hjelp av trekkene som er frem-satt i de vedføyde krav.

Det er med den foreliggende oppfinnelse uventet blitt funnet at en spesifikk kombinasjon av metallbrensel og metalloksid-oksideringsmiddel innehar muligheten til kvantitativt og pålitelig å tenne sekundæreksplosiver, særlig i detonatorer av typen som er spesifisert i den innledende del av denne beskrivelse, og dessuten i tilfellet hvor det ikke er

.noe primæreksplosiv til stede.

I denne kontekst betyr kvalitativ tenning eller tilsvarende betegnelser en tenning av sekundæreksplosiv, ikke med noen laminær forbrenning hvor brennfronten er flat, men med en konvektiv brenning hvor brenningen er ekstremt ikke-homogen.

Et meget viktig funn derved er at til tross for for-brennings- eller brennmekanismen er det blitt oppnådd en meget pålitelig tenning av sekundæreksplosivet, uten at de rester-ende funksjoner til det pyrotekniske tog påvirkes negativt.

Den kvalitative tenning gir videre mulighet for en vesentlig forkortning av detoneringsutviklingen (tidspunkt fra deflagering til detonering) av detonatoren, hvilket igjen muliggjør en vesentlig reduksjon av lengden av det pyrotekniske tog, eller av initieringselementet, og/eller en reduksjon av styrken eller tykkelsen av skallet, uten noen for-ringelse av detonatorens funksjon.

Uten å begrenses til noen teori med hensyn til reaksjonsmekanismer, synes oppfinnelsen å være basert på genereringen, ved den nye tennladning, av ekstremt varme gasser med høy termisk kapasitet og under høyt trykk. Sannsynligvis består tenngassene i hovedsak av damp fra metallene som er til stede i tennladningen. Bare disse egenskaper ser ut til å sikre en kvalitativ tenning av et sekundæreksplosiv.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en detonator, omfattende et skall med en grunnladning som omfatter et sekundæreksplosiv i én ende, tennanordninger anordnet i den motsatt ende, og et mellomliggende pyroteknisk tog som omdanner en tennpuls fra tennanordningen til grunnladningen for å detonere denne, og detonatoren er særpreget ved at det pyrotekniske tog omfatter en tennladning som omfatter et metallbrensel valgt blant gruppene 2, 4 og 13 i det periodiske system og et oksidasjonsmiddel i form av et oksid av et metall valgt blant periodene 4 og 6 i det periodiske system, hvor métallbrenslet er til stede i et overskudd i forhold til mengden som støkiometrisk er nødvendig for å redusere mengden av metalloksid-oksidasjonsmiddel, hvor tennladningen genererer en varm gass under trykk hvilken er i stand til å tenne sekundæreksplosivet i grunnladningen til en konvektiv deflagrerende tilstand for pålitelig å detonere grunnladningen.

Således oppnås de ovennevnte mål ved bruk av den definerte tennladning, som generelt reagerer ved "inversjon" av metall/oksid-systemet under dannelse av varme, og hvilket kan anses å være en termittladning. Metall er til stede før, under og etter reaksjonen, hvilket sikrer høy konduktivitet av elektrisitet og varme. Elektrisk konduktivitet betyr redusert risiko for utilsiktet tenning gjennom statisk elektrisitet eller andre elektriske forstyrrelser. Høy varmekonduktivitet betyr lavere risiko for utilsiktet tenning ved lokal overheting gjennom friksjon, støt eller på annen måte, samtidig som gode tenn-egenskaper fra den reagerte ladning sikres ved høy og vedvarende varmeoverføring. Nærvær av smeltet metall i reaksjonsproduktene forsterker de sistnevnte egenskaper. Metalloksider er generelt stabile produkter også i nærvær av vann, og det samme gjelder for metaller, ofte gjennom over-flatepassivering, hvilket gir gode egenskaper med hensyn til aldring og tillater ladningsfremstilling i vannsuspensjoner, og hvilket kanskje også forklarer den observerte reaksjons-hastighets ufølsomhet for nærvær av fuktighet. Reaktantene i termittladningen er generelt ugiftige og miljømessig harmløse. Et ytterligere verdifullt trekk med termittladningen som be-nyttes er at den reagerer under vesentlig dannelse av varme, som nevnt ovenfor, hvilket bidrar ikke bare til gode tennegen-skaper, men viktigere til begrenset reaksjonstidsvariasjon, delvis på grunn av uavhengighet av de opprinnelige temperatur-forhold.

Ved detonatorutforming er det særlig gunstig at ladninger kan anvendes for ulike formål og tilfredsstille flere behov samtidig. Ladningene benyttet som tennladninger i henhold til oppfinnelsen kan benyttes som hurtigbrennende overføringsladninger, ved å gjøre bruk av reaksjonsegenskapen med dannelse av betydelige gassformige mellomprodukter, hvilket gir høy antennelse og høye reaksjonshastigheter i porøse ladninger. Ladningene kan benyttes for pyroteknisk forsinkelse, ved bruk av ladningsstabiliteten under ulike forhold, stabile brennhastigheter og brennhastighetsvariasjon ved tilsats av inerte tilsatsstoffer. Ladningene kan benyttes som tetningsladninger for styring av gassinntrengning, ved bruk av de utmerkede slaggdannende egenskaper hos det smeltede metallreaksjonsprodukt, hvilket lett kan videre forbedres ved tilsats av forsterknings- eller fyllmaterialer. Videre kan ladningene i henhold til oppfinnelsen også benyttes som tennladninger for sekundæreksplosiver, hovedsakelig detonatorer av den ikke-primæreksplosive type ved bruk av det fulle spektrum av mulige initieringsegenskaper, innbefattende høye temperaturer og tilbaketetting, for å etablere den meget hurtige og pålitelige tennfront som behøves for denne detona-sj onsmekanisme.

Ytterligere siktemål og fordeler med oppfinnelsen vil komme klart frem ut fra den detaljerte etterfølgende beskrivelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Mange pyrotekniske sammensetninger inneholder et redokspar hvorved et reduksjonsmiddel og et oksidasjonsmiddel er i stand til å reagere under dannelse av varme. Kjenne-tegnende for den foreliggende oppfinnelse er imidlertid at reduksjonsmidlet, eller brenslet, er et metall, at oksidasjonsmidlet er et metalloksid, og at redoksparet er et termittpar som er i stand til å reagere under oksidasjon av det opprinnelige metallbrensel og reduksjon til metall av det opprinnelige oksidasjonsmiddel av metalloksid.

Varmen dannet under reaksjonen bør være tilstrekkelig til å etterlate minst en del av eller fortrinnsvis alt metallsluttproduktet i smeltet tilstand. Varmen behøver ikke å være tilstrekkelig til å smelte noen andre komponenter tilført til systemet, slike som inerte fyllmaterialer, overskudd av reaktanter eller komponenter av andre reaktive pyrotekniske systemer. I hovedsak erstatter det opprinnelige metallbrensel metallet i oksidet, hvilket kan beskrives som en "inversjon" av metall/oksidsystemet. For at dette skal skje skal metallbrenslet ha en høyere affinitet til oksygen enn metallet i oksidet. En nøyaktig betingelse for dette er vanskelig å gi, men som en generell indikasjon ut fra den elektrokjemiske rekke og i betraktning av reaksjoner som svarer til at den faktiske valens endres i det elementære metall, bør metallbrenslet være minst 0,15, fortrinnsvis minst 0,75, og mer foretrukket minst 1 volt mer elektronegativt enn metallet i metalloksidet.

I henhold til oppfinnelsen velges derfor metallbrenslet fra gruppene 2, 4 og 13 i det periodiske system. I denne sammenheng bør det bemerkes at gruppene og periodene (se nedenfor) som er henvist til i det periodiske system er de grupper og perioder som er definert ved den periodiske tabell som er presentert nedenfor.

Periodisk tabell som er benyttet

Med andre ord inneholder gruppe 2, hvorfra metallbrenslet velges blant andre metallene Be, Mg, Ca, Sr og Ba, mens gruppe 4 inneholder metallene Ti, Zr og Hf, og gruppe 13 inneholder Al, Ga, In og Tl.

Fortrinnsvis velges imidlertid metallbrenslet blant periodene 3 og 4 i de nevnte grupper 2, 4 og 13, hvilket betyr Mg, Al, Ca, Ti og Ga. Mer foretrukket velges brenslet blant metallene Al og Ti.

Metallet i metalloksid-oksidasjonsmidlet er, som nevnt ovenfor, valgt blant periodene 4 og 6 i det periodiske system, hvor periode 4 inneholder K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu og Zn, og periode 6 inneholder Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi og Po.

Foretrukne metaller fra nevnte periode 4 er C imidlertid Cr, Mn, Fe, Ni, Cu og Zn, og spesielt foretrukne er Mn, Fe og Cu.

Foretrukne metaller fra nevnte periode 6 er Ba, W og Bi, og særlig foretrukket er Bi.

I denne sammenheng er spesielt foretrukne oksider Fe203, Fe304, Cu20, CuO, Bi203 og Mn02.

Som indikert er tennladningene i henhold til oppfinnelsen termittladninger som er i stand til å frembringe meget høye forbrenningstemperaturer. Som et mål på for-brenningstemperaturen kan benyttes den teoretisk beregnede sluttemperatur i en reaksjon til sluttelig likevekt mellom de foreliggende reaktanter i et mekanisk og termisk isolert system under tettheten og konsentrasjonsbetingelsene som faktisk er til stede i ladningen som betraktes. Dette mål er uavhengig av ladningens brennhastighet, gasspermeabilitet og isolasjon, og vil henvises til nedenfor som "ideell" ladnings-brenntemperatur. Den ideelle brenntemperatur kan tjene som en approksimasjon for den faktiske brenntemperatur for ladninger med hurtig brennhastighet, liten gasspermeabilitet, store fysiske dimensjoner, eller ellers med små tap til omgivelsene. For ladninger som ikke kan sies omtrentlig å tilfredsstille de sistnevnte betingelser bør en "faktisk" brenntemperatur bestemmes ved målinger. Dette kan utføres ved eksempel å innsette et termoelement i ladningen, ved registrering av emisjonsspektere fra ladningen under reaksjon i et transparent materiale, eller fra en optisk fiber plassert i ladningen, eller på enhver annen egnet måte. Når ladningsbrenntem-peraturen er en faktor, slik det vil bli diskutert videre nedenfor, bør den ideelle brenntemperatur overskride 2000 °Kelvin, fortrinnsvis overskride 2300°, og mest foretrukket overskride 2600 °Kelvin. Ladningssammensetning og geometri bør fortrinnsvis utformes til å gi faktisk brenntemperatur som overskrider 60, fortrinnsvis overskrider 70, og mest foretrukket overskrider 80 % av den ideelle brenntemperatur uttrykt i °Kelvin.

Pyrotekniske ladninger for detonatorer er i hovedsak innebygd i disse, og det er et generelt krav at totalre-aksjonen i hovedsak er gassfri for ikke å sprenge detonator-strukturer. Den foreliggende sammensetning som består av et metall og et metalloksidpar, både som reaktanter og produkter, tilfredsstiller kravet om gassfrihet utmerket for totalre-aksj onen.

Som nevnt ovenfor antas det imidlertid at de gode brennegenskapene og tennegenskapene i sammensetningene i hovedsak er på grunn av dannelsen av gassformige mellomprodukter som ikke er til stede i andre tilsvarende sammensetninger. I det minste delvis på grunn av høye reaksjonstemperaturer i kombinasjon med forholdsvis lave kokepunkter i metallbrenslene, menes det at de ovennevnte betingelser oppfylles slik at det genereres midlertidige dampmellomprodukter i metallbrenselet.

Denne effekt kan forsterkes ved tilsats av en annen

lett fordampbar komponent, selv om den foretrukne måte for dette formål er å bruke et overskudd av metallbrenselet,

hvilken sammensetningstype også vil henvises til som en "gassforøket" sammensetning. For store mengder vil avkjøle sammensetningen og motvirke gassdannelse. Følgelig er mengdene av metallbrensel i slike sammensetninger generelt høyere enn 1

og mindre enn 12 ganger mengden som støkiometrisk er nødvendig for å redusere mengden av metalloksid-oksidasjonsmiddel, hvor-

ved den øvre grense mer foretrukket er 6 ganger, og mest foretrukket er 4 ganger, den nevnte støkiometrisk nødvendige mengde. I henhold til en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er mengden av metallbrensel mellom 1,1 og 6

ganger mengden, og mer foretrukket er mengden av metallbrensel mellom 1,5 og 4 ganger den nevnte mengde.

Uttrykt som prosentandeler, basert på totalvekten av tennladningssammensetningen, er metallbrenselet generelt til stede i en mengde på 10-50 vekt%, fortrinnsvis 15-35 vekt%, og mer foretrukket 15-25 vekt%. Følgelig er de korresponderende prosentinnhold av metalloksid-oksidasjonsmiddel 90-50 vekt%, fortrinnsvis 85-65 vekt%, og mer foretrukket 75-65 vekt%.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er metallbrenselet Al og metalloksidoksida-sjonsmidlet Cu20 eller Bi203, hvorved prosentandelen av brenslet er 15-35 vekt% og prosentandelen av oksidasjonsmidlet er 65-85 vekt%.

I henhold til en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er metallbrenselet Ti og metalloksidoksidasjons-midlet er Bi203, hvorved prosentandelen av brensel er 15-25

vekt%, fortrinnsvis ca. 20 vekt%, og prosentandelen oksidasjonsmiddel er 75-85 vekt%, fortrinnsvis ca. 80 vekt%.

Av ulike årsaker kan det være ønskelig å innbefatte

en mer eller mindre inert, eller endog aktiv, fast komponent i sammensetningen, for eksempel for å påvirke brennhastigheten i sammensetningen, for å redusere følsomheten til sammenset-

ningen mot elektrostatiske gnister, eller for å påvirke

slaggegenskapene. Bruk av en inert fast komponent som er en forbindelse som også er et produkt av reaksjonen er ønskelig for ikke å endre systemegenskapene og for ikke å redusere den ovennevnte dannelse av gassmellomprodukter. Tilsats av et metalloksid er imidlertid foretrukket, for eksempel for å redusere reaksjonshastigheten uten for mye avkjøling. Nevnte metalloksid kan være et sluttprodukt i det faktiske system som benyttes, men det er mulig også å tilføre et annet metalloksid, for eksempel et sluttprodukt fra et annet inversjonssystem som definert ovenfor. Særlig foretrukne oksider er i denne sammenheng oksider av Al, Si, Fe, Zn, Ti eller blandinger derav. Den inerte faste komponent kan også være et spesielt metall, som blant annet bidrar til sterke slagger. Slike sammensetninger vil heretter også bli betegnet som "metallforsterkede". Sluttproduktmetallet kan benyttes som en slik tilsats i de metallforsterkede sammensetninger. Sluttproduktmetallet fremstilt ved reaksjonen er normalt i smeltet form, og tilsatsen kan for eksempel gi en blanding av smeltet og usmeltet metall, egnet for dannelse av både sterke og ugjennomtrengelige slagger.

En bedre styring sammenlignet med denne delvise smelting oppnås dersom metallet er fast ved reaksjonstemperaturen i ladningen, for eksempel ved tilsats av et fast metall forskjellig fra sluttproduktet og med en høyere smeltetemperatur. Selv om ethvert slikt metall kan benyttes, omfatter særlig anvendbare metaller Ti, Ni, Mn og W eller blandinger er legeringer derav, og særlig W eller en blanding eller legering av W med Fe.

Metallene og/eller metalloksidene som det er henvist til ovenfor benyttes generelt i en mengde på 2-30 vekt%, fortrinnsvis 4-20 vekt%, og mer foretrukket 5-15 vekt%, slik som 6-10 vekt%, idet prosentandelene er basert på vekten av de(n) pyrotekniske ladning(er), særlig tennladningen.

Slik det er vanlig praksis kan også andre tilsatser enn pyrotekniske tilsatser innbefattes i blandingen, for eksempel for å bedre fri flyt- eller sammenpresningsegen-skapene, eller bindemiddeltilsatser for å bedre kohesjonen eller for å tillate granulering, for eksempel leirematerialer eller karboksymetylcellulose. Tilsatser for disse sistnevnte formål er generelt benyttet i små mengder, særlig dersom tilsatsene genererer permanente gasser, for eksempel under 4 vekt%, fortrinnsvis under 2 vekt%, og ofte endog under 1 vekt%, basert på vekten av den pyrotekniske ladning, særlig tennladningen.

Tennladningen og hvilke som helst andre pyrotekniske ladninger er fortrinnsvis på en normal måte satt sammen av pulverblandinger. Partikkelstørrelsen kan benyttes for å påvirke brennhastigheten, og generelt kan den være mellom 0,01 og 100 mikron, og særlig mellom 0,1 og 10 mikron. Pulverne kan med fordel granuleres for å lette dosering og pressing, for eksempel til en størrelse mellom 0,1 og 2 mm, eller fortrinnsvis mellom 0,2 og 0,8 mm. Granulene dannes fortrinnsvis fra en blanding i det minste av redoksparkomponentene.

Selv om sammensetningene er relativt ufølsomme mot utilsiktet initiering i en tørr tilstand, foretrekkes det å blande og å preparere sammensetningene i flytende fase, fortrinnsvis et vandig medium eller i hovedsak rent vann. Blandingen kan granuleres fra den flytende fase med vanlige metoder.

Tennladningens brennhastighet kan varieres innenfor vide grenser, men generelt varierer den mellom 0,001 og 50 m/s, særlig mellom 0,005 og 10 m/s. Brennhastigheten høyere enn 50 og særlig høyere enn 100 m/s medfører normalt lad-ningsforhold som er uegnede eller atypiske for detonator-anvendelser. Som indikert ovenfor kan brennhastigheten påvirkes på flere måter, nemlig ved valg av redokssystem, støkiometrisk balanse mellom reaktantene, bruk av inerte tilsatser, ladningens partikkelstørrelser og sammenpresnings-tetthet.

Ingen generelle grenser kan settes for sammenpres-ningstettheten ettersom ladningene kan benyttes fra helt ukompaktert form opp til sterkt sammenpresset form. For å kvalifisere som ladninger for de foreliggende formål, bør det imidlertid benyttes tilstrekkelige mengder av sammensetning til å tillate pressing, dvs. at i alle tre dimensjoner av ladningen bør lengdeendringen være flere ganger, og fortrinnsvis mange flere ganger, større enn partikkelstørrelsene, og i tilfellet med granulert materiale i forhold til i det minste de primære partikler i granulene.

Slik det er nevnt innledningsvis kan tennladningene som er beskrevet ovenfor generelt benyttes for pyrotekniske formål for å antenne sekundæreksplosiver, men de er av spesiell verdi i detonatorer, hovedsakelig for kommersielle sprengningsanvendelser. Slik det ble nevnt ovenfor omfatter en slik detonator et skall med en grunnladning som omfatter eller består av sekundæreksplosiv anordnet i én ende, tennanordninger anordnet i den motsatte ende, og en mellomliggende del eller seksjon med et pyroteknisk tog med evne til å omdanne en tennpuls fra tennanordningene til en detonasjon av grunnladningen.

Tennanordningene kan være av enhver kjent type, slik som en elektrisk initiert fenghette, sikkerhetstenner, bløt detoneringsstrimmel, lavenergisjokkrør, (f.eks. NONEL, registrert varemerke) , eksploderende tråd eller film, laser-pulser levert gjennom for eksempel fiberoptikk, elektroniske anordninger, etc. For antennelse av de foreliggende ladninger foretrekkes varmegenererende antenningsanordninger.

Det pyrotekniske tog kan innbefatte en forsinkelsesladning, vanligvis i form av en kolonne plassert i et i hovedsak sylindrisk element. Toget kan også innbefatte overførings-ladninger for å forsterke brenning eller assistere ved antennelse av vanskelige ladninger, og kan videre innbefatte tetningsladninger for styring av gasspermeabilitet. En sluttelig del i toget er et trinn som overfører den i hovedsak varmegenererende brenning i de pyrotekniske ladninger til sjokk og detonasjon av grunnladningen.

Vanligvis er dette blitt utført ved innbefattelse av en mindre mengde primæreksplosiv like ved sekundæreksplosivet som skal detoneres. Primæreksplosiver detonerer hurtig og pålitelig når de utsettes for varme eller mindre sjokk. Imidlertid har nyere utvikling gjort det mulig å utforme en kommersiell ikke-primær detonator av eksplosiv type (heretter betegnet "NPED") hvorved primæreksplosivet er erstattet med en type mekanisme, som vil bli nærmere beskrevet nedenfor, for direkte generering av detonasjon i et sekundæreksplosiv.

Sammensetningene beskrevet ovenfor kan også benyttes som hurtige overføringsladninger for å plukke opp og forsterke svake brennpulser eller for å assistere ved antenning av tregere sammensetninger. Sammensetningene er egnede for disse formål takket være høye brennhastigheter og lav tidsspredning, liten trykkavhengighet, letthet ved antennelse, ufølsomhet mot utilsiktet initiering, og antennelseskapasitet i forhold til andre ladninger. Sammensetningen er fortrinnsvis gassforøket slik dette er definert. Det er foretrukket at ladningen i den pyrotekniske kjede består av eller er del av en overføring-sladning anordnet ved tennanordningene for overførsel av tennpulsen fra tennanordningene til etterfølgende deler i det pyrotekniske tog. For å holde oppe reaksjonshastigheten og tennfølsomheten bør ladningsporøsiteten være høy og sammen-presningstettheten lav. Ladningstettheten tilsvarer fortrinnsvis en sammenpresningskraft lavere enn 100 MPa, og mer foretrukket lavere enn 10 MPa, og i hovedsak upressede ladninger kan benyttes. Med fordel inneholder ladningene granulert materiale og er presset sammen med kraft tilstrekkelig til å gi maksimal porøsitet i ladningen.

I denne sammenheng kan ladningens brennhastighet være høyere enn 0,1 og fortrinnsvis høyere enn 1 m/s. Kun små ladninger er nødvendig for dette formål, og fortrinnsvis er ladningsmengden tilstrekkelig liten til å gi en forsinkelsestid i overføringsladningen på mindre 1 ms og fortrinnsvis mindre enn 0,5 ms.

Normalt og fortrinnsvis er det ingen ytterligere ladning ved antennelsesanordningen, men overføringsladningen, eller en inert omslutning for denne, vender direkte mot tennanordningen. Et luftgap kan være til stede mellom ladningen og tennanordningen, i stand til å brokoble gapet, slik som fenghetter eller sjokkrør, hvilket letter fremstilling. Tennanordningen kan også være innebygget i ladningen, hvilket er til hjelp ved opplukking av tennpulsen. I det sistnevnte tilfelle kan en spesiell fordel oppnås i kombinasjon med elektriske tennanordninger ettersom den elektriske ladnings-natur i henhold til de foreliggende sammensetninger gjør direkte tenning mulig fra gnister, tennbro, eller ledning gjennom selve ladningen, hvilket sikrer tenneprosessen eller gjør det mulig med enkle tennanordninger, slik som et elektrisk gap uten en tennkule.

Den andre ende av overføringsladningen kan vende mot enhver annen ladning i den pyrotekniske kjede, mest vanlig er en forsinkelsesladning, muligens via en annen ladning.

En ladning som inneholder sammensetningene beskrevet ovenfor kan også bestå eller være del av en forsinkelsesladning, ved bruk av blant annet de pålitelige og reproduserbare tennhastigheter, den lave avhengighet av ytre forhold, variasjoner i hastighet og lettheten ved fremstilling.

Forsinkelsesladninger presses normalt til høyere tetthet enn pulverbulktettheten, og ladningstettheten tilsvarer fortrinnsvis en sammentrykningskraft større enn 10 MPa, og mer foretrukket større enn 100 MPa. Ladningen kan ha en tetthet større enn 1 g/cm<3>, og fortrinnsvis større enn 1,5 g/cm<3>. I den hensikt å forsinke bør sammensetningen ikke ha for høye reaksjonshastigheter, og fortrinnsvis er ladningens brennhastighet lavere enn 1 og fortrinnsvis lavere enn 0,3 m/s. Generelt er hastigheten større enn 0,001, og fortrinnsvis større enn 0,005 m/s. Det er hensiktsmessig at ladningsmengden er tilstrekkelig stor til å gi en forsinkelsestid i forsinkelsesladningen som er større enn 1 ms, og fortrinnsvis større

enn 5 ms.

Brennhastigheten kan påvirkes ved hvilken som helst av de vanlige metoder som er definert, selv om en foretrukken måte for å øke hastigheten er å benytte de gassforøkede sammensetninger som er definert ovenfor, og en foretrukken måte for å redusere hastigheten er å tilføre et fyllmateriale, fortrinnsvis et sluttprodukt av reaksjonen og fortrinnsvis metalloksidet. Alminiumoksider og silisiumoksider har vist seg å være anvendbare fyllmaterialer uavhengig av det faktiske inversjonssystem som benyttes. Fyllmaterialmengden kan variere fra 10 vekt% til 1000 vekt%, men er fortrinnsvis i området 20-10 0 vekt% av de reaktive komponenter.

En annen måte å redusere hastigheten til en for-sinket ladning er å velge et halvmetall som brensel, spesielt silisium.

Forsinkelsesladningen kan presses direkte inn i detonatorskallet mot den etterfølgende ladning i det pyrotekniske tog, hvilket foretrekkes for små ladninger og korte forsinkelser. For større ladninger kan forsinkelsesladningen innkapsles i et element plassert inne i skallet i henhold til vanlig praksis. Forsinkelsessammensetningskolonnen kan presses i én operasjon, men presses ofte i trinn i tilfeller med lange kolonner. Typiske ladningslengder er mellom 1 og 100 mm, og særlig mellom 2 og 50 mm.

I tilfeller med konstruksjoner av NPED-type er vanligvis et oppstrøms sekundæreksplosiv innebygget i et separat skall eller element, og her er en tredje mulighet å posisjonere en del av eller hele forsinkelsesladningen i den samme innkaps1ing.

Oppstrømsenden av forsinkelsesladningen kan være utstyrt med anordninger for å begrense tilbakestrømmen av gasser og ladningspartikler for ytterligere å forbedre brennhastighetsstabiliteten, fortrinnsvis en slaggdannende ladning, og mest foretrukket en forseglingsladning, for eksempel med sammensetningen som her er beskrevet.

Den andre ende av forsinkelsesladningen kan vende mot hvilken som helst ytterligere ladning i den pyrotekniske kjede, men kan også være i kontakt med en primær eller sekundær ladning, muligens via en liten mengde av en annen ladning. Primæreksplosiver kan lett detoneres med forsinkelsesladningen, og sekundæreksplosiver antent derved, i det sistnevnte tilfellet fortrinnsvis over en tetnings- eller tennladning slik det her er beskrevet.

Sammensetningene som er beskrevet ovenfor kan også benyttes i en ladning som består av eller er del av en tetningsladning som forsinker eller forhindrer passasje av gasser etter reaksjon av ladningen. Tetningsladningen bør også være mekanisk sterk. Reaksjonsoppførselen i pyrotekniske ladninger er sterkt avhengig av gasstrykk og reproduserbar brenning er avhengig av kontrollert oppbygning og opprettholdelse av trykk. Selv gassløse sammensetninger innehar en trykkøkning og potensiell tilbakestrøm av gasser på grunn av de gassformige mellomprodukter eller oppvarming av gass til stede i ladnings-sporene. Koherens i pressede pulverladninger er også begrenset og trykk kan medføre oppbrytning.

De nevnte ladninger innehar gode slaggdannende og tettende egenskaper, hvilke kan forbedres ytterligere ved forsterkende tilsatser. Til disse formål er det fordelaktig å benytte temmelig høye ladningstettheter. Fortrinnsvis tilsvarer ladningstettheten en sammentrykningskraft større enn 10 MPa, og mer foretrukket større enn 10 0 MPa. I absolutte termer kan den pressede tetningsladning ha en tetthet større enn 1,5 g/cm<3>, og fortrinnsvis større enn 2 g/cm<3>. Ladningene har tendens til å ha mellomliggende brennhastigheter, fortrinnsvis større enn 0,01, og mer foretrukket større enn 0,1 m/s, men hastigheten er ofte lavere enn 1 m/s.

Når ladningene utelukkende benyttes for tetnings-formål, holdes ladningene vanligvis i små mengder, og ofte tilstrekkelig små til å gi en forsinkelsestid i tetningsladningen på mindre enn ls, og ofte mindre enn 100 ms.

Når ladningene benyttes som en tetningsladning inneholder sammensetningen vanligvis inerte fyllmaterialer, blant annet for å redusere permeabiliteten, for eksempel slike som metallforsterkende sammensetninger, slik disse er definert, med de samme preferanser som tidligere er gitt ettersom slaggene som dannes både er mekanisk sterke og er høyst gassugjennomtrengelige. Her er den støkiometriske balanse mellom metall og metalloksidreaktantene mindre kritisk, ettersom fyllmaterialet gir tendens til å jevne ut forskjeller, og både over- og underbalanserte sammensetninger kan benyttes som ønskelig, for eksempel for å justere brennhastigheten. Generelt foretrekkes imidlertid en støkiometrisk balanse som svarer de gassforøkede sammensetninger. Mengden av fyllmateriale kan varieres innenfor vide grenser, men som en indikasjon er mengden av fyllmateriale mellom 2 0 og 8 0 volum%, fortrinnsvis mellom 30 og 70 volum%.

I en detonator kan en tetningsladning benyttes hver gang en tetning eller forsterkende virkning er ønskelig. En viktig anvendelse er å tette av forsinkelsesladninger mot tilbakestrøm for derved å stabilisere deres brennegenskaper. Til dette formål bør tetningsladningen være plassert i det pyrotekniske tog før forsinkelsesladningen. Andre pyrotekniske ladninger kan være til stede mellom tetnings- og forsinkelses-ladningene, men takket være deres gode tennegenskaper kan tetningsladningen plasseres i direkte kontakt med forsinkelsesladningen. Enhver forsinkelsesladning kan benyttes, selv om forsinkelsesladninger som her er beskrevet er av spesiell verdi. Dersom forsinkelsesladningen er innebygget i et spesielt element eller skall er det ønskelig, men ikke nødvendig, å presse tetningsladningen i den samme struktur.

En viktig utførelsesform av oppfinnelsen er en detonator av NPED-type, dvs. hvor intet primært, men bare sekundært eksplosiv, er til stede. Her virker den nye, krevede, ladning også som en tetningsladning for å tette av mot trykk og tilbakestrøm av gasser. I en slik detonator antennes sekundæreksplosivet for umiddelbar overføring til detonasjon. Her er det viktig med hurtig antennelse, små gasstap og opprettholdt strukturell integritet i området. Til dette formål bør tenn- (og tetningsladningen) være plassert umiddelbart foran eller ved siden av sekundæreksplosivet. Ladningen har gode nok tennegenskaper til å bli benyttet for sekundæreksplosivet, selv om andre ladninger, fortrinnsvis ladninger som her er beskrevet, kan plasseres derimellom. Normalt er sekundæreksplosivet som skal antennes innebygget i en innkapsling. Tennladningen kan deretter plasseres på utsiden av innkapslingen, men i det minste noe og fortrinnsvis hele ladningen er fortrinnsvis plassert inne i innkapslingen.

For en mer generell anvendelse i detonatorer og for forenkling av fremstilling kan ladningen presses til et element i seg selv, hensiktsmessig med en diameter tilpasset til det indre i detonatorskallet.

Således er den nye ladning i henhold til oppfinnelsen bestående av eller er del av en tennladning som er i stand til å tenne et sekundæreksplosiv til en brennende eller deflagrerende tilstand. Hovedbruken for en slik sekundær-eksplosiv tenning er i detonatorer av NPED-type hvor fravær av primæreksplosiv gjør det nødvendig å tilveiebringe en mekanisme for direkte overføring av sekundæreksplosiver til detonasjon.

Detonatorer av NPED-type er blitt utviklet for å unngå sikkerhetsproblemer som er iboende ved all håndtering av de følsomme primæreksplosiver ved fremstilling og bruk av detonatorer som benytter slike eksplosiver. Vanskeligheten har oppstått når det forsøkes å anvende NPED-prinsipper for kommersielle detonatorer for bergsprengning, hvor spesielle arrangementer og overføringsmekanismer behøves.

Tennanordninger av typen eksploderende tråd eller eksploderende film, for eksempel i henhold til patentskrift FR 2242899, er i stand til å danne et sjokk av tilstrekkelig styrke til direkte å trigge detonasjon i sekundæreksplosiver dersom tennanordningene tilføres høye momentane elektriske strømmer. De er ikke egnede for kommersielle anvendelser på grunn av de avanserte sprengningsmaskiner som behøves, ettersom de er inkompatible med vanlige pyrotekniske forsinkelser.

Ved egnede forhold er sekundæreksplosiver i stand til å undergå en deflagrering til detonasjonsoverføring (DDT). Forholdene krever normalt kraftigere innebygninger og større mengder av eksplosiv enn det som kan aksepteres i kommersielle detonatorer. Et eksempel på dette er beskrevet i US patentskrift 3212439.

En annen NPED-type, eksemplifisert i US patentskrifter 3978791, 4144814 og 4239004, gjør bruk av initierte og deflagrerende donorsekundæreksplosiv for akselerering av en impaktorskive for å treffe en sekundær-eksplosiv reseptor-ladning med tilstrekkelig hastighet til å bevirke en detonasjon av reseptorladningen. For å motstå kreftene som er invol-vert er disse konstruksjoner store, mekanisk uhensiktsmessige og ikke fullstendig pålitelige. En tilsvarende konstruksjon er beskrevet i WO 90/07689.

US Patentskrifter 4727808 og 5385098 gir beskrivelse av en annen NPED-type basert på DDT-mekanismen. Konstruksjonen tillater tenning med de fleste av de vanlige tennanordninger, kan fremstilles ved bruk av konvensjonelt fenghetteutstyr, kan innebygges i vanlige detonatorskall, og kan detoneres pålitelig ved bruk av kun en viss grad av innkapsling av sekundæreksplosivladningen. Tennpåliteligheten er imidlertid avhengig av en viss utforming eller oppdeling av eksplosivet hvor overføringen planlegges å finne sted.

Vanlige problemer som er kjente med NPED-utform-ingene er å oppnå en hurtig nok overføring til detonasjon for å gi både pålitelig tenning og tilfredsstillende tidspresi-sjon, og å oppnå dette i kombinasjon med vanlige pyrotekniske ladninger. Ved NPED-type detonatorer er hastighet av ytterste viktighet i sekundæreksplosivsekvensene. Detonasjon må etab-leres hurtig for å unngå at detonatorstrukturene ødelegges for tidlig av ekspansjonskreftene fra det reagerende eksplosiv. Langsommere tenning betyr også bredere tidsvariasjon, hvilket er av betydning for både momentane og forsinkede detonatorer. Hurtig tenning antas også å gi en jevnere brennfront, hvilket optimaliserer trykkoppbygningen. Disse faktorer er viktige for alle de ovennevnte NPED-typer. I DDT-mekanismen må overfør-ings sonen være så kort som mulig, og i flyveplatemekanismen må hurtig forbrenning av sekundæreksplosivdonorladningen, plate-skjæring og akselerasjon finne sted før donorladningskammeret sprenges i stykker.

Sammensetningene som her er beskrevet har vist å være utmerkede tennsammensetninger for sekundæreksplosiver for de ovennevnte anvendelser, ved bruk av blant annet den varme og vedvarende tennpuls fra ladningene som inneholder det frem-holdte termittredokssystem for å gi en hurtig og pålitelig tenning av sekundæreksplosivene.

Selv om sammensetningene er generelt egnede for formålene er noen kombinasjoner av spesiell anvendbarhet. De tidligere nevnte beskrevne gassforøkede sammensetninger er fordelaktige, særlig når sekundæreksplosivet som skal tennes har en viss porøsitet i delen som skal tennes. I disse tilfeller er tettheten i sekundæreksplosivet nærmest ladningen mellom 40 og 90 %, og fortrinnsvis mellom 50 og 80 % av sekundæreksplosiv-krystalltettheten. Hensiktsmessige samment-rykningskrefter kan være mellom 0,1 og 50, og fortrinnsvis mellom 1 og 10 MPa. Sterkt sammenpresset sekundæreksplosiv er vanskelig å antenne, men når det er antent finner videre reaksjon sted hurtig. For slike ladninger kan gassrike tennladninger bli benyttet, men sammensetningene kan velges mer fritt. Det er særlig foretrukket å benytte fyllmaterial-holdige sammensetninger for dette formål, og særlig de metallforsterkede sammensetninger. Selv om disse sammensetninger kan bli benyttet for å tenne sekundæreksplosiver av varierende tetthet, er det foretrukket å bruke dem når tettheten i sekundæreksplosivet nærmest ladningen er mellom 60 og 100 %, og fortrinnsvis mellom 70 og 99 %, av sekundæreksplosiv-krystalltettheten. Egnede sammentrekningskrefter er høyere enn 10 og fortrinnsvis høyere enn 50 MPa, i prinsippet uten noen øvre grense. Det er foretrukket at tettheten i tennladningen er noenlunde tilpasset til tettheten i sekundæreksplosivet som skal antennes, og fortrinnsvis har tennladningen en tetthet, uttrykt som prosentandel av absolutt, ikke-porøs ladningstetthet, innenfor de samme intervaller som er blitt gitt ovenfor for henholdsvis lavtetthets- og høytetthetsladninger. De ovennevnte områder er kun for indikasjon og må testes ut for den faktiske konstruksjon og sekundæreksplosivet som blir benyttet.

Adskillelsen mellom primær- og sekundæreksplosiver er velkjent og meget benyttet innen teknikken. For praktiske formål kan et primæreksplosiv defineres som en eksplosiv substans i stand til å utvikle full detonasjon når den stimuleres med en flamme eller konduktiv oppvarming innenfor et volum på noen få kubikkmillimeter av substansen, selv uten noen innkapsling derav. Et sekundæreksplosiv kan ikke detoneres under tilsvarende forhold. Generelt kan et sekundæreksplosiv detoneres når det antennes med en flamme eller konduktiv oppvarming bare når det er til stede i mye større mengder eller innenfor kraftig innkapsling, slik som en tykkvegget metallbeholder, eller ved å eksponeres for mekanisk slagvirkning mellom to harde metalloverflater.

Eksempler på primæreksplosiver er kvikksølvfulminat, blystyfnat, blyazid, og diazodinitrofenol eller blandinger av to eller flere av disse og/eller andre tilsvarende substanser.

Representative eksempler på sekundæreksplosiver er pentaerytritoltetranitrat (PETN), syklotrimetylentrinitramin

(RDX), syklotetrametylentetranitramin (HMX), trinitrofenylmetylnitramin (Tetryl) og trinitrotoluen (TNT) eller blandinger av to eller flere av disse og/eller andre tilsvarende substanser. En alternativ praktisk definisjon er å anse som sekundæreksplosiver ethvert eksplosiv som er tilsvarende eller mindre følsomt enn PETN.

Til de foreliggende formål kan ethvert av de ovennevnte sekundæreksplosiver benyttes selv om det foretrekkes å velge mer lettennelige og -detonerte sekundæreksplosiver, særlig RDX og PETN eller blandinger derav.

Ulike initieringselementdeler kan inneholde forskjellige sekundæreksplosiver. Dersom elementet er grovt oppdelt i en deflagrerende del og en detonasjonsdel, med den betingelse at den nøyaktige plassering av overføringspunktet kan variere og at seksjonsoppdelingen ikke behøver å tilsvare noen slags fysisk struktur i elementet, foretrekkes det å benytte de mer lettennelige og -detonerte eksplosiver, i det minste i den deflagerende seksjon, mens eksplosivet i detona-sjonsseksjonen kan velges mer fritt.

Sekundæreksplosivet kan bli benyttet i ren krystallinsk form, kan granuleres og kan inneholde tilsatser. Krystallinsk eksplosiv foretrekkes for høyere pressetettheter, mens granulert materiale foretrekkes for lave tettheter og porøse ladninger. De foreliggende sammensetninger er i stand til å tenne sekundæreksplosiver uten noen tilsatser, selv om slike kan være til stede om ønskelig, for eksempel i henhold til det ovennevnte US patentskrift 5385098.

Sekundeksplosivet presses generelt til tetthet høyere enn bulktettheten, for eksempel stegvis for mest homogen tetthet i større ladninger eller i en éntrinns-operasjon for mindre ladninger, eller for å danne en tetthets-gradient, fortrinnsvis innen hver ladning med økende tetthet i reaksjonsretningen hensiktsmessig oppnådd ved å presse i motsatt retning.

Den foreliggende tennmekanisme krever ikke noen fysisk adskillelse av sekundæreksplosivet i en overførings-seksjon og en detonasjonsseksjon, men ladningen kan få direkteinitiere en konvensjonell grunnladning uten noen innkapsling eller annen innebygging enn et konvensjonelt detonatorskall. Det foretrekkes imidlertid at i det minste overøringsseksjonen gis en viss innbygning, for eksempel ved en radial innkapsling som svarer til et sylindrisk stålskall mellom 0,5 og 2 mm, fortrinnsvis mellom 0,75 og 1,5 mm tykkelse.

Et hensiktsmessig arrangement er å inkludere både den pyrotekniske ladning og eksplosivet i overføringsseksjonen i et felles element som innsettes i detonatoren med overfør-ingsseksjonen vendende mot grunnladningen. Elementet kan generelt utformes sylindrisk.

Bedre innkapsling oppnås dersom oppstrømsenden utstyres med en innsnevring, fortrinnsvis med et hull som tillater lett antennelse. Som et alternativ eller i tillegg dertil kan enden utstyres med en tetningsladning, fortrinnsvis av den kjente typen som her er beskrevet ovenfor, hvorved tetningsladningen kan plasseres på oppstrømssiden av innsnevringen, men fortrinnsvis blir plassert i innsnevringen. Fra betraktningene som er gitt er det klart at de foreliggende sammensetninger kan virke både som tetningsladninger og tennladninger, og at i dette tilfelle behøves bare én ladning. Ellers er tennladningen plassert mellom tetningsladningen og eksplosivet.

Utformingen av nedstrømsenden er høyst avhengig av den valgte detonatormekanisme, hvilken kan være enhver av de tidligere beskrevne typer som er kjente, og behøver ikke å beskrives her i detalj. En foretrukken NPE-type er den som er beskrevet i de ovennevnte US patentskrifter 4727808 og US 5385098, hvilke herved innbefattes ved referanse.

Ved én utførelsesform er følgelig sekundæreksplosivet som skal antennes en donorladning for propellering av en impaktorplate gjennom en kanal mot et sekundæreksplosiv som derved skal detoneres.

Ved en annen utførelsesform er sekundæreksplosivet som skal antennes den første del av en deflagering til detonasjonsoverføringskjeden, idet kjeden fortrinnsvis videre omfatter en andre del som inneholder sekundæreksplosiv av lavere tetthet enn den nevnte første del. Felles for alle disse detonasjonsmekanismer er at det i et tidlig trinn antennes et sekundæreksplosiv til en brennende eller deflagrerende tilstand ved bruk i hovedsak av varmegenererende anordninger, for hvilket formål de foreliggende sammensetninger er utmerket egnede. Ladningen plasseres ved eksplosivet som skal antennes således at det påvirkes av varmen fra ladningen, og fortrinnsvis er det direkte kontakt mellom ladningen og eksplosivet. De ovenfor gitte betingelser for de foreliggende ladninger skriver seg til delene som på denne måte benyttes for antennelse av eksplosivet.

Ladningen kan fremstilles ved metoder som er vanlige benyttet innen teknikken. En foretrukken måte innebærer å blande bestanddelen i ladningen, og oppmale blandingen til den ønskede partikkelstørrelse i en mølle som gir mer knusing enn skjærvirkning, og kompaktere den således fremstilte blanding under høyt trykk til blokker, og knuse blokkene for å få partikler som består av mindre partikler, og sluttelig å utføre en sikteoperasjon for å oppnå den ønskede størrelses-fraksjon.

Detonatoren kan fremstilles ved separat pressing av grunnladningen i den lukkede ende av detonatorskallet med etterfølgende presning av de pyrotekniske ladninger i henhold til oppfinnelsen eller innsettelse av de beskrevne elementer eller innkapslinger ved grunnladningen. En forsinkelsesladning kan innsettes sammen med en øverstliggende overføringsladning dersom dette er ønskelig. Tennanordninger plasseres i skallets åpne ende, hvilke forsegles med en plugg med signalanordninger, slike som sjokkrør eller elektriske ledere som gjennomtrenger pluggen.

Eksempel 1

En tennladning av Al-Fe203, med to ganger mengden av Al i forhold til de støkiometriske proporsjoner, ble presset inn i et stålrør med en ytre diameter på 6,3 mm og vegg-tykkelse 0,8 mm. Én ende av røret var åpen og den andre ende inneholdt en skillevegg med et hull med diameter 1 mm. Tennladningen ble presset inn i skilleveggen. Deretter ble en 4 mm kolonne av PETN presset inn i den samme og sluttelig ble det presset inn en aluminiumkappe. Slike elementer ble fremstilt i et antall på 100. Elementene ble deretter presset inn i standard aluminiumskall som inneholdt andre deler av sekundæreksplosiver i et NPED-system.

Testskudd viste at alle detonatorer funksjonerte på en utmerket måte og at driftstiden innbefattende deflagrering av Nonelrøret (3,6 m) ikke var over 4 ms.

Deretter ble 100 detonatorer av samme utforming, men med en støkiometrisk pyroteknisk sammensetning, fremstilt. Ved testskytingen ble det to feilskytinger hvor PETN ikke ble antent. Det var en økning av detonatordriftstiden opp til 8-10 ms.

Eksempel 2

Stålrør med en ytre diameter på 6,3 mm og vegg-tykkelse og 0,5 mm og lengde 10 mm ble benyttet. Én ende av rørene var åpen og i den andre var det en skillevegg med et hull med diameter 1 mm.

Pyrotekniske ladninger for bruk som tennladninger ble presset inn i skilleveggen, og deretter ble det presset inn PETN-eksplosiver.

Tre typer av slaggfrie inversjonssammensetninger ble benyttet, nemlig 40 %A1 + 60 % Fe203; 20 %A1 + 80 % Bi203; og 30% Al + 70% Cu20, hvor alle prosentangivelser er etter vekt. Resultatene av eksperimentene ble at alle ladninger viste omtrent samme evne til å antenne sekundære PETN-eksplosiver. Generelt kan det sies at den beste antennelse ble oppnådd med en PETN-tetthet på 1,3 g/m<3>, og at grensen hvor antennelse forringes er ved en tetthet på ca. 1,5 g/m<3>.

Eksempel 3

Inn i 20 initieringselementer i form av aluminiumrør, hver med lengde 20 mm og indre diameter 3 mm og ytre diameter 6 mm, ble det presset inn en tennladning som besto av 2 0 vekt% Ti + 80 vekt% Bi203, til en kolonnehøyde på 5 mm. Ved siden av denne ble det presset inn en kolonne av PETN med tetthet 1,3 g/cm<3>.

På samme måte ble det fremstilt 20 initieringselementer, med den unntagelse at tennladningen (dvs. 20 % Ti + 80 % Bi203) også inneholdt 8 vekt% Fe203 som tilsats.

Dette eksperiment viste at alle 4 0 detonatorer som inneholdt de nevnte initieringselementer funksjonerte utmerket med en kvalitativ detonasjon av grunnladningen.

Eksempel 4

Virkningen av tilsats at Fe203 på en tennladning som besto av 20 vekt% Ti + 80 vekt% Bi203, vedrørende følsomheten mot elektrostatiske gnister, ble undersøkt i samsvar med standard testmetoder.

Følsomheten til ladningen, uten tilsatser av 20 % Ti + 80 % Bi203, var -0,5 mJ.

Tilsats av 2-10 vekt% Fe203 til ladningen reduserte følsomheten til ladningen i vesentlig grad (-2-5 mJ) og hadde en ikke-signifikant virkning på funksjonene til tennladningen.

Claims (39)

1. Detonator, omfattende et skall med en grunnladning som omfatter et sekundæreksplosiv i én ende, tennanordninger anordnet i den motsatt ende, og et mellomliggende pyroteknisk tog som omdanner en tennpuls fra tennanordningen til grunnladningen for å detonere denne, karakterisert ved at det pyrotekniske tog omfatter en tennladning som omfatter et metallbrensel valgt blant gruppene 2, 4 og 13 i det periodiske system og et oksidasjonsmiddel i form av et oksid av et metall valgt blant periodene 4 og 6 i det periodiske system, hvor metallbrenslet er til stede i et overskudd i forhold til mengden som støkiometrisk er nødvendig for å redusere mengden av metalloksid-oksidasjonsmiddel, hvor tennladningen genererer en varm gass under trykk hvilken er i stand til å tenne sekundæreksplosivet i grunnladningen til en konvektiv deflagrerende tilstand for pålitelig å detonere grunnladningen.

2. Detonator ifølge krav 1, karakterisert ved at metallbrenslet er minst 0,5, fortrinnsvis minst 0,75, og mer foretrukket minst 1 volt mer elektronegativt enn metallet i metalloksid-oksidasj onsmidlet.

3. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 1 og 2, karakterisert ved at metallbrenslet er valgt blant periodene 13 og 4 i det periodiske system.

4. Detonator ifølge krav 3, karakterisert ved at metallbrenslet velges blant Al og Ti.

5. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at metalloksid-oksidasjonsmidlet omfatter et metall valgt blant Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ba, W og Bi.

6. Detonator ifølge krav 5, karakterisert ved at metallet er valgt blant Mn, Fe, Cu og Bi.

7. Detonator ifølge krav 6, karakterisert ved at metalloksidet er valgt blant Mn02, Fe203, Fe304, Cu20, CuO og Bi203.

8. Detonator ifølge krav 6, karakterisert ved at metallbrensel-metalloksidoksidasjonsmiddel-kombinasjonen omfatter Al i kombinasjon med et oksid av Fe, Bi eller Cu.

9. Detonator ifølge krav 8, karakterisert ved at kombinasjonen er Al-Fe203, Al-Bi203 eller Al-Cu20, fortrinnsvis Al-Fe203.

10. Detonator ifølge krav 6, karakterisert ved at metallbrensel-metalloksidoksidasjonsmiddel-kombinasjonen omfatter Ti i kombinasjon med et oksid av Bi, fortrinnsvis Ti-Bi203.

11. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mengden av metallbrensel er større enn 1 og mindre enn 12, fortrinnsvis mindre enn 6, mer foretrukket mindre enn 4, ganger mengden som støkiometrisk er nødvendig for å redusere mengden av metalloksid-oksidasjonsmiddel.

12. Detonator ifølge krav 11, karakterisert ved at mengden av metallbrensel er mellom 1,1 og 6 ganger den støkiometrisk nødvendige mengde.

13. Detonator ifølge krav 12, karakterisert ved at mengden av metallbrensel er mellom 1,5 og 4 ganger den støkiometrisk nødvendige mengde.

14. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at prosentandelen metallbrensel er 10-50 vekt%, fortrinnsvis 15-35 vekt%, mer foretrukket 15-25 vekt%, og at prosentandelen metalloksid-oksidasjonsmiddel er 90-50 vekt%, fortrinnsvis 85-65 vekt%, mer foretrukket 75-65 vekt%, hvor prosentandelene er basert på tennladningssammensetningen.

15. Detonator ifølge krav 14, karakterisert ved at metallbrenslet er Al og at metalloksid-oksidasjonsmidlet er Cu20 eller Bi203, hvor prosentandelen av brensel er 15-35 vekt% og prosentandelen oksidasjonsmiddel er 65-85 vekt%.

16. Detonator ifølge krav 14, karakterisert ved at metallbrenslet er Ti og at metalloksid-oksidas jonsmidlet er Bi203, hvor prosentandelen av brenslet er 15-25 vekt%, fortrinnsvis ca. 20 vekt%, og prosentandelen av oksidas jonsmidlet er 75-85 vekt%, fortrinnsvis ca. 80 vekt%.

17. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tennladningen har slik sammensetning at brennhastigheten av denne er mellom 0,001 og 50 m/s, fortrinnsvis mellom 0,005 og 10 m/s.

18. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tennladningen har slik sammensetning at den har en ideell brenntemperatur som overskrider 2000° Kelvin.

19. Detonator ifølge krav 18, karakterisert ved at tennladningen har slik sammensetning at den faktiske brenntemperatur derav overskrider 70 % av den ideelle brenntemperatur.

20. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tennladningen inneholder en fast tilsatskomponent i form av et metall og/eller et oksid ..

21. Detonator ifølge krav 20, karakterisert ved at tilsatsen er til stede i en mengde på 2-30 vekt%, fortrinnsvis 4-20 vekt%, mer foretrukket 5-15 vekt%, slik som 6-10 vekt%, basert oå vekten av tennladningen.

22. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 20 og 21, karakterisert ved at tilsatsen er en forbindelse som også er et produkt av reaksjonen mellom metallbrenselet og metalloksid-oksidasjonsmidlet.

23. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 20 og 21, karakterisert ved at tilsatsen er et partikkelformig metall.

24. Detonator ifølge krav 23, karakterisert ved at metallet er i fast form ved reaksjonstemperaturen i tennladningen.

25. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 20-22, karakterisert ved at oksidet er valgt blant oksider av Al, Si, Zn, Fe, Ti og blandinger derav.

26. Detonator ifølge krav 25, karakterisert ved at oksidet er et aluminiumoksid, et silisiumoksid eller en blanding derav.

27. Detonator ifølge krav 25, karakterisert ved at oksidet er et jernoksid, spesielt Fe203.

28. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 20-24, karakterisert ved at metallet er valgt blant W, Ti, Ni og blandinger og legeringer derav.

29. Detonator ifølge krav 28, karakterisert ved at metallet er W eller en blanding eller legering av W med Fe.

30. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tennladningen er blitt presset og plassert i kontakt med sekundæreksplosivet.

31. Detonator ifølge krav 30, karakterisert ved at ladningen er blitt plassert i kontakt med sekundæreksplosivet i en overføringsseksjon, plassert i det pyrotekniske tog før grunnladningen, hvor sekundæreksplosivet er omgitt av en innkapsling.

32. Detonator ifølge krav 31, karakterisert ved at ladningen også er blitt plassert i innkapslingen.

33. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 30-32, karakterisert ved at tettheten i sekundæreksplosivet nærmest ladningen er mellom 60 og 100 %, og fortrinnsvis mellom 70 og 99 % av sekundæreksplosivets krystalltetthet.

34. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 30-32, karakterisert ved at tettheten i sekundæreksplosivet nærmest ladningen er mellom 40 og 90 %, og fortrinnsvis mellom 50 og 80 % av sekundæreksplosivets krystalltetthet.

35. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 31-34, karakterisert ved at sekundæreksplosivet i overføringsseksjonen er en donorladningen for propellering av en impaktorplate mot et annet sekundæreksplosiv som skal detoneres derved.

36. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 31-34, karakterisert ved at sekundæreksplosivet i overføringsladningen er en donorladning for propellering av en impaktorplate gjennom en kanal mot et annet sekundæreksplosiv som skal detoneres derved.

37. Detonator ifølge et hvilket som helst av kravene 31-34, karakterisert ved at sekundæreksplosivet i overføringsladningen er den første del av en deflagrering til detonasjonsoverføringskjeden, hvor kjeden fortrinnsvis videre omfatter en andre del som inneholder et annet sekundæreksplosiv med lavere tetthet enn i den første del.

38. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at grunnladningen utelukkende er sekundæreksplosivet.

39. Detonator ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sekundæreksplosivet er valgt blant pentaerytritoltetranitrat (PETN), trinitrofenylmetylnitramin (Tetryl) og trinitrotoluen (TNT), og fortrinnsvis er PETN.