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

Abstract

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.