Пиротехнически състав: класификация, компоненти, приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Пиротехническият състав е вещество или смес от компоненти, предназначени да произвеждат ефект под формата на топлина, светлина, звук, газ, дим или комбинация от тях, в резултат на самоподдържащи се екзотермични химични реакции, които протича без детонация. Такъв процес не зависи от кислород от външни източници.

Класификация на пиротехническите състави

Могат да бъдат разделени по действие:

• Огнени.
• Дим.
• Dynamic.

Първите две групи могат да бъдат разделени на по-малки типове.

Огнени: светещи, сигнални нощни, трасиращи и малко запалителни.

Групата за дим включва композиции за дневна сигнализация и маскиране (мъгла).

Основни видове пиротехника

Горещият ефект (светлина, звук и т.н.) може да бъде създаден с помощта на тези компоненти:

• Прахова светкавица - изгаря много бързо, произвежда експлозии или ярки изблици на светлина.
• Бурат - гори по-бавно от барута, отделя голямо количество газове.
• Твърдо гориво - произвежда много горещи пари, използвани като източници на кинетична енергия за ракети и снаряди.
• Пиротехнически инициатори - произвеждат големи количества топлина, пламъци или горещи искри, използвани за запалване на други композиции.
• Изхвърлящи заряди - изгарят бързо, произвеждат много газ за кратко време, използвани за освобождаване на полезни товари от контейнери.
• Експлозивни заряди - изгарят бързо, произвеждат голямо количество газ за кратко време, използва се за смачкване на контейнера и изхвърляне на съдържанието му.
• Димни композиции - изгарят бавно, произвеждат мъгла (обикновена или цветна).
• Влакове със закъснение - пламва с постоянна тиха скорост, използва се за въвеждане на закъснения в пожарния резерв.
• Пиротехнически източници на топлина - отделят голямо количество топлина и практически не разпространяват газове, бавно изгаряне, често като термит.
• Искрящи лампи - произвеждат бели или цветни искри.
• Мига - изгарят бавно, създават голямо количество светлина, използвано за осветление или сигнализиране.
• Цветни фойерверки - произвеждат светлинни, бели или многоцветни искри.

Заявление

Някои технологии на пиротехнически състави и продукти се използват в промишлеността и авиацията за генериране на големи обеми газ (например във въздушни възглавници), както и в различнизакопчавания и в други подобни ситуации. Използват се и във военната индустрия, когато са необходими големи количества шум, светлина или инфрачервено лъчение. Например ракети-примамки, сигнални ракети и зашеметяващи гранати. Нов клас състави на реактивни материали в момента се изследва от военните.

Много пиротехнически съединения (особено тези, които включват алуминий и перхлорати) често са много чувствителни към триене, удар и статично електричество. Дори само 0,1 до 10 милиджаула искра могат да причинят определени ефекти.

барут

Това е известният черен прах. Това е най-ранният известен химически експлозив, състоящ се от смес от сяра (S), въглен (C) и калиев нитрат (селитра, KNO 3). Първите два компонента действат като гориво, а третият е окислител. Поради своите запалителни свойства и количеството топлина и газ, които произвежда, барутът се използва широко при производството на пропелентни заряди в огнестрелни оръжия и артилерия. Освен това се използва в производството на ракети, фойерверки и взривни устройства в кариерите, минното дело и пътното строителство.

Индикатори

Барутът е изобретен в Китай през 7-ми век и се разпространява в по-голямата част от Евразия до края на 13-ти век. Първоначално разработен от даоистите за медицински цели, прахът е бил използван за война около 1000 г. сл. Хр.

Бутът е класифициран вкато малък експлозив поради относително бавната му скорост на разлагане и ниския бризант.

Експлозивна сила

Запалването на барут зад снаряда създава достатъчно налягане, за да накара дулото да изстреля с висока скорост, но не достатъчно мощно, за да спука цевта на пистолета. По този начин барутът е добро гориво, но е по-малко подходящ за унищожаване на камъни или укрепления поради ниската си експлозивна сила. Чрез прехвърляне на достатъчно енергия (от горящото вещество към масата на гюлето и след това от него към целта чрез ударни боеприпаси), бомбардировачът може в крайна сметка да надвие укрепената защита на противника..

Бутът е бил широко използван за пълнене на черупки и е бил използван в минни и строителни проекти до втората половина на 19-ти век, когато са тествани първите експлозиви. Прахът вече не се използва в съвременните оръжия и промишлени приложения поради относително ниската му ефективност (в сравнение с по-новите алтернативи като динамит и амониев нитрат или мазут). Днес огнестрелните оръжия с барут са предимно ограничени до лов, стрелба по мишени.

Пиротехнически източник на топлина

Пиротехническите състави са устройство на основата на горими вещества с подходящ запалител. Тяхната роля е да произвеждат контролирано количество топлина. Пиротехническите източници обикновено се основават на подобни на термити (или забавящи състава) горивни окислители с ниска скорост на горене,висока топлинна мощност при желаната температура и малко или никакво образуване на газ.

Могат да бъдат активирани по няколко начина. Електрическите клечки и ударните капачки са най-често срещаните.

Пиротехническите източници на топлина често се използват за активиране на батерии, където служат за стопяване на електролита. Има два основни типа дизайн. Единият използва предпазител (съдържащ бариев хромат и прахообразен метал от цирконий в керамична хартия). Термични пиротехнически гранулиращи състави минават по ръба му, за да инициират горенето. Лентата обикновено се стартира с електрически запалител или щепсел, използващ ток.

Вторият дизайн използва централен отвор в батерията, в който високоенергиен електрически запалител освобождава смес от запалими газове и лампи с нажежаема жичка. Дизайнът с централен отвор може значително да намали времето за активиране (десетки милисекунди). За сравнение отбелязваме, че при устройства с ръбова лента този индикатор е стотици милисекунди.

Разрешаването на батерията може да се извърши и с ударен грунд, подобен на пушка. Желателно е източникът на експозиция да е без газ. Обикновено стандартният състав на пиротехническите смеси се състои от железен прах и калиев перхлорат. В тегловни съотношения това са 88/12, 86/14 и 84/16. Колкото по-високо е нивото на перхлората, толкова по-голяма е топлинната мощност (номинално 200, 259 и 297 калории/грам). Размерът и дебелината на таблетките с желязо-перхлорат имат малък ефект върху скоростта на изгаряне, но го правятефекти върху плътността, състава, размера на частиците и може да се използва за регулиране на желания профил на отделяне на топлина.

Друг използван състав е цирконий с бариев хромат. Друга смес съдържа 46,67% титан, 23,33% аморфен бор и около 30% бариев хромат. Предлагат се също 45% волфрам, 40,5% бариев хромат, 14,5% калиев перхлорат и 1% винил алкохол и свързващ ацетат.

Реакции за образуване на интерметални компоненти на пиротехнически състави, като цирконий с бор, могат да се използват, когато се желае работа без газ, нехигроскопично поведение и независимост от налягането на околната среда.

Източник на топлина

Може да бъде пряка част от пиротехническия състав, например в химически генератори на кислород такъв компонент се използва с голям излишък от окислител. Топлината, отделена по време на горенето, се използва за термично разлагане. По отношение на студено изгаряне, съставите се използват за производство на оцветен дим или за пръскане на аерозол като пестициди или CS газ, осигурявайки топлината на сублимация на желаното съединение.

Компонентът за забавяне на фазата на състава, който заедно с продуктите на горенето образува смес с една отделна температура на фазов преход, може да се използва за стабилизиране на височината на пламъка.

Материали

Пиротехническите състави обикновено са хомогенизирани смеси от дребнигоривни частици и окислители. Първите могат да бъдат зърна или люспи. Като цяло, колкото по-голяма е повърхността на частиците, толкова по-висока е скоростта на реакция и горене. За някои цели свързващите вещества се използват за превръщане на праха в твърд материал.

Гориво

Типичните типове са базирани на метални или металоидни прахове. Съставът може да показва няколко различни вида гориво. Някои могат да служат и като подвързващи.

Метали

Общите горива включват:

• Алуминият е най-разпространеното гориво в много класове смеси, както и регулатор на нестабилността на горенето. Високотемпературен пламък с твърди частици, които пречат на появата на багрила, реагира с нитрати (с изключение на амониеви) за образуване на оксиди на азот, амоняк и топлина (реакция бавна при стайна температура, но бурна над 80 ° C, може да се самозапалва).
• Магналият е алуминиево-магнезиева сплав, която е по-стабилна и по-евтина от един метал. По-малко реактивен от магнезия, но по-запалим от алуминия.
• Желязо - прави златни искри, често използван елемент.
• Стоманата е сплав от желязо и въглерод, която произвежда разклонени жълто-оранжеви искри.
• Цирконий - Произвежда горещи частици, полезни за запалими смеси, като стандартния инициатор на НАСА, и за потискане на нестабилността при горене.
• Титан - произвежда горещи пиротехника и съединения, увеличавачувствителност към удар и триене. Понякога се използва сплав Ti4Al6V, която произвежда малко по-ярки бели искри. Заедно с калиев перхлорат се използва в някои пиротехнически запалители. Едрият прах произвежда красиви разклонени синьо-бели искри.
• Феротитанът е желязо-титаниева сплав, която създава ярки искри, използвани в пиротехнически звезди, ракети, комети и фонтани.
• Феросилиция е желязо-силициево вещество, използвано в някои смеси, понякога заместващо калциевия силицид.
• Манган - използва се за контрол на скоростта на изгаряне, например в композиции със закъснение.
• Цинк - използва се в някои димни композиции заедно със сярата, която се използва като любителско гориво за ракети, както и в пиротехнически звезди. Чувствителен към влага. Може да се запали спонтанно. Рядко се използва като основно гориво (с изключение на димните композиции), може да се използва като допълнителен компонент.
• Мед - използва се като синя боя с други видове.
• Месингът е сплав от цинк и мед, използвана в някои формули за фойерверки.
• Волфрам - използва се за контрол и забавяне на скоростта на изгаряне на композиции.

Заслужава да се отбележи, че е опасно да правите пиротехнически композиции със собствените си ръце.