JP2005225750A - Explosive composition and method of manufacturing the same - Google Patents
Explosive composition and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005225750A JP2005225750A JP2005003393A JP2005003393A JP2005225750A JP 2005225750 A JP2005225750 A JP 2005225750A JP 2005003393 A JP2005003393 A JP 2005003393A JP 2005003393 A JP2005003393 A JP 2005003393A JP 2005225750 A JP2005225750 A JP 2005225750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- porous
- sulfur
- explosive composition
- oxidizing agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
- C06C9/00—Chemical contact igniters; Chemical lighters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Air Bags (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、マイクロ構造もしくはナノ構造の多孔性固体物質の燃料と、雰囲気温度にて固体もしくは液体である酸化剤と、を含む車輌の安全装置に用いる爆発性組成物に関する。 The present invention relates to an explosive composition for use in a vehicle safety device, comprising a fuel of a porous solid material having a microstructure or nanostructure, and an oxidant that is solid or liquid at ambient temperature.
一般的な爆発性組成物はドイツ特許公開公報DE 102 04 834 A1により知られている。従来の組成物においては、雰囲気温度にて固体もしくは液体である酸化剤は多孔性燃料の孔に導入されている。酸化剤の少なくとも50%は、有機窒素化合物もしくは硝酸塩、アルカリ金属硝酸塩もしくはアルカリ土類金属硝酸塩、金属硝酸塩、金属塩素酸塩、金属過塩素酸塩、金属臭素酸塩、金属ヨウ素酸塩、金属酸化物、金属過酸化物、過塩素酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、過酸化水素及び硝酸ヒドロキシアンモニウムから選択される。公知の組成物は、特に点火組成物として用いるに適している。 A general explosive composition is known from German Patent Publication DE 102 04 834 A1. In conventional compositions, an oxidizer that is solid or liquid at ambient temperature is introduced into the pores of the porous fuel. At least 50% of the oxidizing agent is organic nitrogen compound or nitrate, alkali metal nitrate or alkaline earth metal nitrate, metal nitrate, metal chlorate, metal perchlorate, metal bromate, metal iodate, metal oxidation Product, metal peroxide, ammonium perchlorate, ammonium nitrate, hydrogen peroxide and hydroxyammonium nitrate. The known compositions are particularly suitable for use as ignition compositions.
さらに、ドイツ特許公報DE 102 04 895は、反応性本体と、1〜1000nmの程度の範囲にある寸法であり酸化剤を具備するキャビティと、から構成され、互いに独立で保護膜により囲まれている反応性粒子からなるナノ構造多孔性反応性物質を開示する。反応性本体は、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、チタン又はジルコニウムからなるものでもよい。酸化剤は、特に、アルカリ金属硝酸塩及びアルカリ土類金属硝酸塩であり、さらに酸素含有酸化剤でもある。 Furthermore, the German patent publication DE 102 04 895 is composed of a reactive body and cavities with dimensions in the range of 1-1000 nm and comprising an oxidant, and are surrounded by a protective film independently of each other. Disclosed is a nanostructured porous reactive material comprised of reactive particles. The reactive body may consist of silicon, boron, aluminum, titanium or zirconium. The oxidants are in particular alkali metal nitrates and alkaline earth metal nitrates, and also oxygen-containing oxidants.
最後に、ドイツ特許公開公報DE 101 62 413 A1は、ケイ素の基体及びこれに関連する反応領域を有する一体型爆発性要素もしくは点火要素を開示する。反応領域は、多孔性ケイ素及びケイ素用の酸化剤を含む。酸化剤として、無機もしくは有機化合物が提案されており、加熱時に酸素、フッ素、塩素もしくは他の酸化物質を放出する。特に、無機硝酸塩及び無機過酸化物さらに酸素含有塩も例として言及されている。酸化剤と多孔性ケイ素との間の化学反応は、電流を送る導線による加熱により開始する。一体型爆発性要素もしくは点火要素は、マイクロリアクターにおいて、衛星軌道修正用マイクロブースターにおいて、ベルトテンショナもしくはエアバッグのガス発生装置内の点火要素として、又は爆発性充填剤の点火用の初期点火要素として、用いることが意図されている。 Finally, German Patent Publication DE 101 62 413 A1 discloses an integral explosive or ignition element having a silicon substrate and associated reaction zone. The reaction zone contains porous silicon and an oxidizing agent for silicon. Inorganic or organic compounds have been proposed as oxidants and release oxygen, fluorine, chlorine or other oxidants when heated. In particular, inorganic nitrates and inorganic peroxides as well as oxygen-containing salts are mentioned as examples. The chemical reaction between the oxidant and the porous silicon is initiated by heating with a conducting wire carrying current. The integral explosive element or ignition element is used in a microreactor, in a satellite orbit correction microbooster, as an ignition element in a belt tensioner or airbag gas generator, or as an initial ignition element for the ignition of an explosive filler. Intended to be used.
しかし、多孔性ケイ素と一緒に用いるために従来技術において提案された酸化剤のいくつかは、含水性であり及び/又は結晶水を含む変形(modification)を形成する。このため、組成物の貯蔵安定性は、不利な影響を受けるかもしれない、さらに、これらの酸化剤は、有機溶媒中での低い溶解度を示すに過ぎないか、もしくは高融点を有するに過ぎない。したがって、多孔性燃料の充填は、数段階の工程で行わなければならないか、又は安全対策を高めた上で行わなければならない。塩溶融物の高い粘性ゆえに、この場合には酸化剤を孔に充填することもしばしば不完全である。したがって、多孔性燃料と酸化剤との間の比率の正確な設定は困難である。したがって、得られる組成物の爆発特性は、広範囲に変動する可能性があり、標準化することは困難である。加えて、従来技術において示されている酸化剤の範囲は、単純には得ることができない。同様に、これらの酸化剤に含まれる不純物は、これら酸化剤で製造された組成物の爆発性を損なう。 However, some of the oxidants proposed in the prior art for use with porous silicon form a modification that is hydrous and / or contains crystal water. For this reason, the storage stability of the composition may be adversely affected, and furthermore, these oxidants only exhibit low solubility in organic solvents or only have a high melting point. . Therefore, the filling of the porous fuel must be carried out in several steps or with enhanced safety measures. Due to the high viscosity of the salt melt, it is often incomplete in this case to fill the pores with oxidant. Therefore, it is difficult to accurately set the ratio between the porous fuel and the oxidant. Therefore, the explosive properties of the resulting composition can vary over a wide range and are difficult to standardize. In addition, the range of oxidants shown in the prior art cannot simply be obtained. Similarly, impurities contained in these oxidants impair the explosive properties of compositions made with these oxidants.
本発明の目的は、上述の欠点を避けて、有利な費用で、特に民生用途に用いることができる、安定な爆発性組成物を提供することにある。
本発明によれば、爆発性組成物は、車輌の安全装置に用いるために提供される。本組成物は、マイクロ構造もしくはナノ構造の多孔性固体物質と、雰囲気温度にて固体もしくは液体である酸化剤と、を含む。酸化剤は、硫黄、セレン、テルル、臭素、ヨウ素、リン、ヒ素及びこれらの混合物及びこれらの酸素を含まない化合物からなる群より選択される。好ましくは、本発明による組成物は、燃料と酸化剤とからなる。
The object of the present invention is to provide a stable explosive composition which avoids the above-mentioned drawbacks and which can be used at an advantageous cost, in particular for consumer use.
According to the present invention, an explosive composition is provided for use in a vehicle safety device. The composition comprises a microstructured or nanostructured porous solid material and an oxidizing agent that is solid or liquid at ambient temperature. The oxidizing agent is selected from the group consisting of sulfur, selenium, tellurium, bromine, iodine, phosphorus, arsenic and mixtures thereof and these oxygen-free compounds. Preferably, the composition according to the invention consists of a fuel and an oxidant.
本発明により用いることができる酸化剤は、ケイ素に対する高い結合エネルギーを示し、そのため十分に高い爆発熱をも示す。加えて、これらは、容易に気化もしくは昇華することができ、したがって、化学蒸着法もしくは物理蒸着法(CVD又はPVD)に容易に用いることができる。さらに、本発明により用いることができる酸化剤の範囲は、非極性揮発性有機溶媒に容易に可溶性である。さらに、これらの酸化剤、例えば硫黄及びヨウ素は、同様な非極性溶媒二酸化炭素に、極性酸素塩よりも実質的に良好に溶解する。したがって、本発明により用いることができる酸化剤は、超臨界二酸化炭素を用いて、マイクロ構造もしくはナノ構造燃料の孔に非常に簡単に導入することができる。溶媒を揮発させた後、残渣を含まない酸化剤だけが燃料の多孔性構造中に残る。 Oxidizing agents that can be used according to the invention exhibit a high binding energy for silicon and therefore also a sufficiently high heat of explosion. In addition, they can be easily vaporized or sublimated and can therefore be easily used for chemical vapor deposition or physical vapor deposition (CVD or PVD). Furthermore, the range of oxidants that can be used according to the present invention is readily soluble in non-polar volatile organic solvents. In addition, these oxidants, such as sulfur and iodine, dissolve substantially better in the same nonpolar solvent carbon dioxide than polar oxygen salts. Thus, the oxidant that can be used according to the present invention can be introduced very simply into the pores of a microstructured or nanostructured fuel using supercritical carbon dioxide. After volatilization of the solvent, only the oxidant free of residues remains in the porous structure of the fuel.
酸化剤として硫黄を用いることで、113℃という低い融点ゆえに、マイクロ構造もしくはナノ構造燃料の孔への溶融状態での酸化剤の直接導入が不純物なしに可能になる。
したがって、上述の酸化剤は、化学量論量で実質的により容易にナノ構造燃料に導入することができる。これらは、同時に、爆発の高い熱量を提供し、ナノ構造燃料の孔の充填時に良好に取り扱うことができる。
The use of sulfur as the oxidant allows the direct introduction of the oxidant in the molten state into the pores of the microstructured or nanostructured fuel without impurities due to the low melting point of 113 ° C.
Thus, the oxidants described above can be introduced into nanostructured fuels substantially more easily in stoichiometric amounts. They simultaneously provide a high amount of heat for explosion and can be handled well when filling the pores of the nanostructured fuel.
加えて、慣用の酸素含有酸化剤及び塩様酸化剤は、多少なりとも際だった吸湿性により区別される。よって、これらの物質は、加工技術に高度の尽力を必要とする。なぜなら、空気中の水分の存在すなわち湿度は確実に除去されなければならないからである。さらに、これらの物質で製造された組成物は、構造体の全耐用年数である最長15年にわたり機能することができることを保証するために、気密密閉されなければならない。本発明による酸化剤の使用を通して、特に非吸湿性硫黄の使用により、これらの欠点は容易に排除される。 In addition, conventional oxygen-containing oxidants and salt-like oxidants are distinguished by more or less outstanding hygroscopicity. Thus, these materials require a high degree of effort in processing technology. This is because the presence of moisture in the air, ie humidity, must be reliably removed. Furthermore, compositions made with these materials must be hermetically sealed to ensure that they can function for up to 15 years, the total useful life of the structure. Through the use of the oxidant according to the invention, these disadvantages are easily eliminated, in particular by the use of non-hygroscopic sulfur.
本発明のさらなる対象は、本発明による爆発性組成物の製造方法である。本方法は、酸化剤を溶媒に溶解させて、ナノ構造燃料の孔に導入することを特徴とする。特に、非極性溶媒を用いることで、本発明による同様の非極性酸化剤の良好な溶解度を保証する。加えて、溶媒は、残渣を含まずに、多孔性燃料構造体から気化することができるべきである。こうして、燃料と酸化剤との化学量論的組成物の調節が実質的に容易になる。特に、超臨界二酸化炭素、二硫化炭素、テトラクロロメタン及び芳香族炭化水素類や飽和脂肪族炭化水素類も溶媒として適切である。一般に、ET(30)/kcal/mol≧50のライハルト(Reichardt)極性を有する溶媒を用いることができると推測できる。 A further subject of the present invention is a process for producing an explosive composition according to the invention. The method is characterized in that the oxidant is dissolved in a solvent and introduced into the pores of the nanostructured fuel. In particular, the use of a nonpolar solvent ensures good solubility of similar nonpolar oxidants according to the invention. In addition, the solvent should be able to evaporate from the porous fuel structure without residue. Thus, adjustment of the stoichiometric composition of fuel and oxidant is substantially facilitated. In particular, supercritical carbon dioxide, carbon disulfide, tetrachloromethane, aromatic hydrocarbons and saturated aliphatic hydrocarbons are also suitable as the solvent. In general, it can be assumed that a solvent having a Reichardt polarity of E T (30) / kcal / mol ≧ 50 can be used.
マイクロ構造もしくはナノ構造燃料は、好ましくは、約2nm〜1000nmの間の構造体寸法を有し、10%〜98%、好ましくは40%〜80%の間の多孔度(Vpores/Vsample)を有する非晶質、部分結晶質もしくは結晶質粒子のスポンジ状構造を有する固体である。燃料は、1000m2/cm3以下の比表面積を有し、好ましくは200〜1000m2/cm3の比表面積を有するものでもよい。 The microstructured or nanostructured fuel preferably has a structure size between about 2 nm and 1000 nm and a porosity (V pores / V sample ) between 10% and 98%, preferably between 40% and 80%. It is a solid having a sponge-like structure of amorphous, partially crystalline or crystalline particles. Fuel, 1000 m 2 / cm 3 have the following specific surface area, preferably at having a specific surface area of 200~1000m 2 / cm 3.
構造体寸法並びに孔の寸法及び形態は、広範囲で変動し得る。構造体寸法は、燃料を構成する粒子の平均寸法を示し、好ましくは約2〜50nmの範囲にあり、特に好ましくは約2nm〜10nmの間である。孔の寸法は、好ましくは2nm〜1000nmの間の範囲である。 The structure dimensions as well as the hole dimensions and morphology can vary widely. The structure size indicates the average size of the particles constituting the fuel, and is preferably in the range of about 2 to 50 nm, particularly preferably between about 2 nm and 10 nm. The pore size is preferably in the range between 2 nm and 1000 nm.
多孔性燃料は、好ましくは半導体物質であり、特に好ましくはSi、Ge、SiGe、SiC、InP及びGaAsからなる群より選択される。これらの物質からのマイクロ構造もしくはナノ構造多孔性物質の製造は、科学文献に記載されている。特に製造方法として適切な方法は、電気化学蒸着、CVD、PVDもしくはスパッタリングなどの化学蒸着もしくは物理蒸着もしくはナノ微細粒子の加圧成形である。ケイ素の場合には、これらのナノ微細粒子はシランを緩やかに燃焼させることにより得ることができる。 The porous fuel is preferably a semiconductor material, particularly preferably selected from the group consisting of Si, Ge, SiGe, SiC, InP and GaAs. The production of microstructured or nanostructured porous materials from these materials has been described in the scientific literature. Particularly suitable as a production method are electrochemical vapor deposition, chemical vapor deposition such as CVD, PVD or sputtering, or physical vapor deposition, or pressure forming of nano fine particles. In the case of silicon, these nanofine particles can be obtained by gently burning silane.
特に好ましくは、燃料はいわゆる「多孔性ケイ素」である。多孔性ケイ素は、フッ化物含有溶液中でケイ素を電気化学的にエッチングすることにより特に簡易に製造することができる。多孔性半導体物質、例えばケイ素の使用は、慣用の半導体処理技術を用いて、公知の半導体成分への簡易な一体化を可能とする。 Particularly preferably, the fuel is so-called “porous silicon”. Porous silicon can be produced particularly easily by electrochemically etching silicon in a fluoride-containing solution. The use of a porous semiconductor material, such as silicon, allows for easy integration into known semiconductor components using conventional semiconductor processing techniques.
有利なことに、多孔性燃料は、少なくとも部分的に不動態化される。これは、燃料の内部表面を酸素で少なくとも部分的に飽和すること、あるいは、酸化剤との反応のために克服されるべき起動エネルギーを増加させるような別の方法で変質させることを意味する。不動態化は、例えば、燃料を酸素含有雰囲気又は空気中で加熱することにより行うことができる。不動態化を通して、本発明による組成物の火工品特性、例えば放電又はUV光の作用により点火性などのさらなる調節が可能である。 Advantageously, the porous fuel is at least partially passivated. This means at least partially saturating the internal surface of the fuel with oxygen, or otherwise altering the starting energy to be overcome for reaction with the oxidant. Passivation can be performed, for example, by heating the fuel in an oxygen-containing atmosphere or air. Through passivation, it is possible to further adjust the pyrotechnic properties of the composition according to the invention, such as ignitability by the action of discharge or UV light.
多孔性燃料の化学反応は表面から起こるので、燃料の点火のために克服されるべき起動エネルギーは、ナノ粒子の表面上のあまり反応性ではない保護膜により増加させることができる。この不動態化膜は、多孔性燃料に連続的に塗布され、不活性物質(例えば、テフロン(登録商標))からなるものでもよい。不動態化膜は、さらに、燃料の熱処理、化学処理、物理処理又は電気化学処理によっても形成することができる。 Since the chemical reaction of the porous fuel occurs from the surface, the activation energy to be overcome for fuel ignition can be increased by a less reactive protective film on the surface of the nanoparticles. The passivating film may be continuously applied to the porous fuel and may be made of an inert substance (for example, Teflon (registered trademark)). The passivation film can also be formed by heat treatment, chemical treatment, physical treatment or electrochemical treatment of fuel.
安定な不動態化膜は、例えば多孔性ケイ素を空気中で焼き戻しすることにより、好ましくは電気化学的エッチング工程の後で酸化剤による孔の充填前に、形成することができる。焼き戻しを150℃〜300℃の間の範囲、好ましくは約200℃で行うと、約1600分以内で、ケイ素/水素結合よりも高い結合エネルギーを有するケイ素/酸素結合(Si-O)の酸素サブ単層(submono-layer)が形成される。こうして、焼き戻し後、ケイ素ナノ結晶の表面はH-Si-O錯体から構成される。なぜなら、約200℃において、水素はナノ粒子の表面に拘束され、第1の単層の下で酸素がケイ素に結合するからである。約300℃を超える温度にて焼き戻しを行う(例えば700℃で30秒間)と、水素はナノ粒子の表面から押し出されて、「純粋な」Si-O結合の層が形成される。このような方法で焼き戻しされて酸化剤で充填されたサンプルは、非常に安定で取り扱いが安全であるが、それにもかかわらず突然の加熱により爆発に至ることがある。 A stable passivating film can be formed, for example by tempering porous silicon in air, preferably after the electrochemical etching step and before filling the pores with an oxidant. When tempering is carried out in the range between 150 ° C. and 300 ° C., preferably about 200 ° C., silicon / oxygen bonds (Si—O) oxygen having a higher bond energy than silicon / hydrogen bonds within about 1600 minutes. A submono-layer is formed. Thus, after tempering, the surface of the silicon nanocrystals is composed of H-Si-O complexes. This is because at about 200 ° C., hydrogen is constrained to the surface of the nanoparticles and oxygen binds to silicon under the first monolayer. When tempering at temperatures above about 300 ° C. (eg, at 700 ° C. for 30 seconds), hydrogen is pushed out of the surface of the nanoparticles to form a layer of “pure” Si—O bonds. Samples tempered in this manner and filled with an oxidant are very stable and safe to handle, but may nevertheless lead to an explosion due to sudden heating.
多孔性燃料の表面の不動態化は、さらに、爆発性組成物の長時間安定性をも向上させる。なぜなら、酸化剤の影響下での燃料の表面特性に対する時間依存性変化は、もはや生じないからである。 Passivation of the porous fuel surface also improves the long-term stability of the explosive composition. This is because time-dependent changes to the surface properties of the fuel under the influence of the oxidant no longer occur.
酸化剤は、好ましくは、全体的にもしくは部分的に、ヨウ素、硫黄又は酸素を含まない硫黄化合物から構成される。これらの酸化剤は、非極性有機溶媒に容易に溶解可能で、多孔性燃料構造体に残渣なく導入され得る。加えて、これらは、非不動態化多孔性ケイ素と組み合わせられる場合に、貯蔵安定性である。よって、現存の要求によれば、これらの酸化剤を用いることで、上述の不動態化層の製造を不要にすることができる。 The oxidizing agent is preferably composed entirely or partly of sulfur compounds that do not contain iodine, sulfur or oxygen. These oxidants are readily soluble in nonpolar organic solvents and can be introduced without residue into the porous fuel structure. In addition, they are storage stable when combined with non-passivated porous silicon. Thus, according to existing requirements, the use of these oxidants can obviate the need to produce the passivation layer described above.
酸化剤及び燃料は、例えば化学量論比で存在してもよい。しかし、適用の目的によっては、酸化剤は燃料に対する比率を超える量でもあるいは超えない量でもよい。
加えて、本発明による組成物は、高い構造強度を有する。なぜなら、燃料は固体の寸法安定性マトリックスとして存在するからである。したがって、本組成物は、火工品における支持成分として、例えば点火剤として用いることもできる。加えて、半導体技術及びマイクロマシーンにより知られている製造プロセスを用いることができる。これにより、標準的な成分を用いる好ましい価額の製造の可能性がある。特に、半導体回路における本発明の組成物の完全な一体化を可能とする。
The oxidant and fuel may be present in a stoichiometric ratio, for example. However, depending on the purpose of the application, the oxidant may be in an amount that exceeds or does not exceed the ratio to fuel.
In addition, the composition according to the invention has a high structural strength. This is because the fuel exists as a solid dimensional stability matrix. Therefore, this composition can also be used as, for example, an igniter as a supporting component in a pyrotechnic. In addition, manufacturing processes known from semiconductor technology and micromachines can be used. This has the potential of producing a preferred value using standard ingredients. In particular, it allows complete integration of the composition of the invention in semiconductor circuits.
したがって、本発明による組成物の点火剤の成分としての使用もまた本発明の対象である。この点火剤は、有利に半導体回路に一体化することができる。特に、点火剤は、車輌の安全装置の成分、例えばベルトテンショナ又はガスバッグモジュールのガス発生器の成分となり得る。 Therefore, the use of the composition according to the invention as a component of an igniter is also an object of the invention. This igniter can advantageously be integrated into the semiconductor circuit. In particular, the igniter can be a component of a vehicle safety device, for example a belt tensioner or a gas generator component of a gas bag module.
本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかとなるであろう。
本発明による爆発性組成物の製造のために、最初に、"Materials Science and Engineering" B 69-70 (2000) 11-22又は"Phys. Rev. Lett." (2001), 87, 68 301 ffに記載されている方法に従って、電気化学的エッチングにより多孔性ナノ構造ケイ素を準備する。ケイ素基板をアノードとしてエッチングセルに連結させ、例えばエタノールと濃フッ化水素酸(50%)との等量比率の混合物であるフッ化水素酸を含む電解液中で、20〜70mA/cm2の間のアノード化電流で処理する。得られる多孔性ケイ素の多孔度は、40%〜80%の間の範囲にあった。構造体寸法は2〜10nmの間で変動した。
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following preferred embodiments.
For the production of explosive compositions according to the invention, firstly “Materials Science and Engineering” B 69-70 (2000) 11-22 or “Phys. Rev. Lett.” (2001), 87, 68 301 ff The porous nanostructured silicon is prepared by electrochemical etching according to the method described in. The silicon substrate is connected to the etching cell as an anode, and for example, 20 to 70 mA / cm 2 in an electrolyte containing hydrofluoric acid, which is a mixture of equal proportions of ethanol and concentrated hydrofluoric acid (50%). Treat with anodizing current between. The porosity of the resulting porous silicon was in the range between 40% and 80%. The structure dimensions varied between 2 and 10 nm.
こうして得られた多孔性ケイ素を空気中200℃で26時間処理し、次いで、硫黄の二硫化炭素飽和溶液に含浸させ、続いて空気中で乾燥させた。電気火花によって、強力な爆発を引き起こすことが可能であった。104℃における400時間にわたる貯蔵試験において、本組成物はいかなる実質的な質量増加も示さなかった。 The porous silicon thus obtained was treated in air at 200 ° C. for 26 hours, then impregnated with a saturated carbon disulfide solution of sulfur and subsequently dried in air. Electric sparks could cause powerful explosions. In a storage test over 400 hours at 104 ° C., the composition did not show any substantial mass gain.
さらなる試験において、上述の多孔性ケイ素の焼き戻しサンプル及び非焼き戻しサンプルを溶融状態の硫黄で充填した。硫黄を多孔性ケイ素のサンプルに固体状態で置き、サンプルを約125±5℃まで加熱板上で加熱して溶融硫黄を形成させた。溶融硫黄をサンプル上に30秒間、維持して、溶融硫黄が多孔性ケイ素の孔に入るようにした。その後、過剰の硫黄をサンプル本体から取り除いた。この態様で、重量測定値から計算して、90%を超える充填度を得ることができた。 In further testing, the porous silicon tempered and non-tempered samples described above were filled with molten sulfur. Sulfur was placed in a solid state on a porous silicon sample and the sample was heated on a hot plate to about 125 ± 5 ° C. to form molten sulfur. Molten sulfur was maintained on the sample for 30 seconds to allow molten sulfur to enter the porous silicon pores. Thereafter, excess sulfur was removed from the sample body. In this manner, a degree of filling greater than 90% could be obtained as calculated from the weight measurements.
融点及び/又は溶融した硫黄の粘度を低下させるために、エチレングリコール又は糖などのさらなる添加剤を硫黄に混合してもよい。空気中又は真空中で、サンプルを溶融状態の硫黄で充填することができる。さらに、真空チャンバ内での昇華を通じて、又は硫黄の物理蒸着により、焼き戻ししたか又は焼き戻ししていない多孔性ケイ素のサンプルを硫黄で充填することも可能である。 Additional additives such as ethylene glycol or sugar may be mixed with the sulfur to reduce the melting point and / or the viscosity of the molten sulfur. Samples can be filled with molten sulfur in air or in vacuum. It is also possible to fill a sample of porous silicon that has been tempered or not tempered with sulfur through sublimation in a vacuum chamber or by physical vapor deposition of sulfur.
加熱板上での迅速な加熱により、又は電気的に加熱された点火ブリッジにより、上述の方法により硫黄で充填した多孔性ケイ素のサンプルのすべてを爆発させた。
焼き戻しした多孔性ケイ素のサンプルを充填するために溶融した硫黄を用いることで、239℃〜267℃の間の範囲の点火温度を有するサンプルを得た。デジタル走査型熱量測定(DSC)により得た過塩素酸カルシウム又は過塩素酸ナトリウムで充填した焼き戻し多孔性ケイ素のサンプルに対する比較値は、それぞれ、185℃〜210℃の間の範囲及び208℃〜237℃の間の範囲であった。
All of the porous silicon samples filled with sulfur by the method described above were exploded by rapid heating on a hot plate or by an electrically heated ignition bridge.
By using molten sulfur to fill the tempered porous silicon sample, a sample having an ignition temperature in the range between 239 ° C. and 267 ° C. was obtained. Comparative values for samples of tempered porous silicon filled with calcium perchlorate or sodium perchlorate obtained by digital scanning calorimetry (DSC) range from 185 ° C to 210 ° C and from 208 ° C to 208 ° C, respectively. The range was between 237 ° C.
結果は、多孔性ケイ素/硫黄系が爆発性物質として使用するに適切であることを示す。爆発の強度は、多孔性ケイ素の多孔度により制御し得る。なぜなら、孔容積は、導入された酸化剤の量、よって反応のパートナーの化学量論を制御するからである。しかし、酸化は自然発生的には起こらず、むしろ電流の刺激によるなど特別に引き起こされ得るものである。加えて、硫黄が充填された多孔性ケイ素から構成されるサンプルは、高い機械的及び化学的安定性を有し、よって、取り扱いが非常に安全である。例えば、ウェハ処理における慣用の水冷ウェハ鋸を用いて分割する場合でさえもサンプルは完全な実行可能性を維持するであろう。 The results show that the porous silicon / sulfur system is suitable for use as an explosive material. The intensity of the explosion can be controlled by the porosity of the porous silicon. This is because the pore volume controls the amount of oxidant introduced and thus the stoichiometry of the reaction partner. However, oxidation does not occur spontaneously, but rather can be caused specifically by stimulation of current. In addition, samples composed of porous silicon filled with sulfur have high mechanical and chemical stability and are therefore very safe to handle. For example, the sample will maintain full viability even when split using a conventional water-cooled wafer saw in wafer processing.
本発明による組成物は、車輌の安全装置、例えばガスバッグモジュール又はベルトテンショナの点火剤に、特に用いることができる。このような点火剤は、半導体技術又はケイ素加工技術の公知の方法により有利に製造することができる。特に、高精度で簡易で有利な価格の製造は、ウェハレベルでのバッチプロセスで既に可能である。 The composition according to the invention can be used in particular in vehicle safety devices such as gas bag modules or belt tensioner igniters. Such an igniter can be advantageously produced by known methods of semiconductor technology or silicon processing technology. In particular, high-precision, simple and advantageous production is already possible with wafer-level batch processes.
Claims (11)
硫黄、セレン、テルル、臭素、ヨウ素、リン、ヒ素並びにこれらの混合物及びこれらの酸素を含まない化合物からなる群より選択される雰囲気温度にて固体もしくは液体である酸化剤と、
を含む車輌の安全装置に用いるための爆発性組成物。 A micro- or nano-structured porous solid material fuel; and
An oxidizing agent that is solid or liquid at an ambient temperature selected from the group consisting of sulfur, selenium, tellurium, bromine, iodine, phosphorus, arsenic and mixtures thereof and these oxygen-free compounds;
An explosive composition for use in a vehicle safety device.
硫黄、セレン、テルル、臭素、ヨウ素、リン、ヒ素並びにこれらの混合物及びこれらの酸素を含まない化合物からなる群より選択される雰囲気温度にて固体もしくは液体である酸化剤と、
を含む爆発性組成物の製造方法であって、
該酸化剤を溶媒中に溶解させる工程と、
溶解した酸化剤を該燃料の孔に導入する工程と、
を含む方法。 A micro- or nano-structured porous solid material fuel; and
An oxidizing agent that is solid or liquid at an ambient temperature selected from the group consisting of sulfur, selenium, tellurium, bromine, iodine, phosphorus, arsenic and mixtures thereof and these oxygen-free compounds;
A method for producing an explosive composition comprising:
Dissolving the oxidizing agent in a solvent;
Introducing the dissolved oxidant into the pores of the fuel;
Including methods.
該多孔性燃料を準備する工程と、
溶融状態での硫黄を該多孔性燃料の孔に導入する工程と、
を含む方法。 A method for producing an explosive composition comprising a microstructured or nanostructured porous solid material fuel, and an oxidizing agent that is sulfur,
Providing the porous fuel;
Introducing sulfur in a molten state into the pores of the porous fuel;
Including methods.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004001510A DE102004001510B4 (en) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Explosive composition, process for its preparation and use of the explosive composition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005225750A true JP2005225750A (en) | 2005-08-25 |
Family
ID=34585379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005003393A Pending JP2005225750A (en) | 2004-01-09 | 2005-01-11 | Explosive composition and method of manufacturing the same |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060054256A1 (en) |
| EP (1) | EP1553070A2 (en) |
| JP (1) | JP2005225750A (en) |
| DE (1) | DE102004001510B4 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006019856A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Admedes Schuessler Gmbh | Process for working materials using porous silicon as explosive |
| TWI420004B (en) * | 2008-11-20 | 2013-12-21 | Sino American Silicon Prod Inc | Nano - porous crystalline silicon and its manufacturing method and device thereof |
| CN109422255A (en) * | 2017-08-25 | 2019-03-05 | 段兴宇 | Halogen-doped phosphorus nanoparticles and method for producing same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020066504A1 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-06 | Peter Nopper | Fire-starting method and apparatus |
| DE10162413B4 (en) * | 2001-12-19 | 2006-12-21 | Robert Bosch Gmbh | Integrated blasting or ignition element and its use |
| DE10204834B4 (en) * | 2002-02-06 | 2005-05-25 | Trw Airbag Systems Gmbh & Co. Kg | Explosive composition and process for its preparation |
| DE10204895B4 (en) * | 2002-02-06 | 2004-07-29 | Diehl Munitionssysteme Gmbh & Co. Kg | Process for the production of reactive substances |
| US7942989B2 (en) * | 2002-12-10 | 2011-05-17 | The Regents Of The University Of California | Porous silicon-based explosive |
-
2004
- 2004-01-09 DE DE102004001510A patent/DE102004001510B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-01-03 EP EP05000026A patent/EP1553070A2/en not_active Withdrawn
- 2005-01-06 US US11/030,370 patent/US20060054256A1/en not_active Abandoned
- 2005-01-11 JP JP2005003393A patent/JP2005225750A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102004001510B4 (en) | 2012-02-16 |
| EP1553070A2 (en) | 2005-07-13 |
| US20060054256A1 (en) | 2006-03-16 |
| DE102004001510A1 (en) | 2005-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6984274B2 (en) | Explosive composition and its use | |
| US6803244B2 (en) | Nanostructured reactive substance and process for producing the same | |
| Mikulec et al. | Explosive nanocrystalline porous silicon and its use in atomic emission spectroscopy | |
| CA1119381A (en) | Air-resistant crystalline lithium nitride, process for production and use | |
| KR101620424B1 (en) | Solid compounds, self-sustaining combustion hydrogen generators containing borazane and/or polyaminoborane and at least one inorganic oxidant, and method for generating hydrogen | |
| Xu et al. | Energetic characteristics of hydrogenated amorphous silicon nanoparticles | |
| FR3060557A1 (en) | ENERGY COMPOSITION COMPRISING AN AMORPHOUS BORE NANOSTRUCTURE MATERIAL | |
| JP2005225750A (en) | Explosive composition and method of manufacturing the same | |
| JPH11507319A (en) | Insertion compounds, their preparation, and their use, especially in pyrotechnics | |
| Song et al. | Thermal-induced hydrosilylation to endow nanoporous silicon energetic films with long-term chemical stability | |
| Plummer et al. | The influence of pore size and oxidizing agent on the energetic properties of porous silicon | |
| US11773034B2 (en) | Hypergolic co-crystal material and method of use thereof | |
| US20030145758A1 (en) | Microelectronic pyrotechnical component | |
| KR101700757B1 (en) | Porous oxidizing agent particles with dispersion of metal particle and preparation method thereof | |
| EP3953317B1 (en) | New energy-releasing composite material and method for manufacturing same | |
| Liu et al. | Design of Mineral Oil/Stearic Acid Hybrid Coatings for Reducing Hygroscopicity of Ammonium Nitrate | |
| RU2701867C1 (en) | METHOD OF PRODUCING SOLID ELECTROLYTE RbAg4I5 | |
| du Plessis | 18 Porous Silicon–Based Explosive Devices | |
| Parimi | Characterization of porous silicon for micropyrotechnic applications | |
| Oyler et al. | Green explosives: potential replacements for lead azide and other toxic detonator and primer constituents | |
| Wang et al. | Investigation on combustion of porous silicon nanoenergetic chips ignited by single pulse laser | |
| Fradkin et al. | INVESTIGATION OF NANOPOROUS SILICON− BASED ENERGETIC MATERIALS | |
| Wang | Probing the Reaction Dynamics of Energetic Materials: The Influence of Physical Properties and Heat Transfer on Ignition and Combustion Characteristics | |
| Becker et al. | Thermal Analysis and Novel On-Chip Velocity Characterization of Energetic Porous Silicon with Sodium Perchlorate Oxidizer | |
| EP3458622B1 (en) | New composite material enriched with si, production method thereof and use as electrode |