Піротехнічний склад: класифікація, компоненти, застосування

Піротехнічний склад — це речовина або суміш компонентів, призначених для виробництва ефекту у вигляді тепла, світла, звуку, газу, диму або їх комбінації, в результаті самопідтримуються екзотермічних хімічних реакцій, що проходять без детонації. Подібний процес не залежить від кисню із зовнішніх джерел.

Класифікація піротехнічних складів

Їх можна розділити по дії:

  • Полум’яні.
  • Димові.
  • Динамічні.

Перші дві групи можна поділити на більш дрібні види.

Полум’яні: освітлювальні, сигнальні нічні, трасуючі і деякі запальні.

В групу димових входять склади для денної сигналізації та маскуючі (туман).

Основні види піротехніки

Ефект, зазначений вище (світло, звук і так далі), можна створити з допомогою таких компонентів:

  • Спалах порошку — дуже швидко горить, виробляє вибухи або яскраві світлові викиди.
  • Порох — горить повільніше порошку, виділяє велику кількість газів.
  • Тверде паливо — виробляє багато гарячих парів, що використовуються в якості джерел кінетичної енергії для ракет і снарядів.
  • Піротехнічні ініціатори — виділяють велику кількість тепла, полум’я або гарячих іскор, що використовуються для запалювання інших композицій.
  • Заряди для викиду — швидко згоряють, виробляють багато газу за короткий час, використовуються для звільнення корисних вантажів з контейнерів.
  • Вибухові заряди — швидко згоряють, виробляють велику кількість газу за короткий час, використовуються для дроблення контейнера і скидання його вмісту.
  • Димові композиції — горять повільно, виробляють туман (простий або кольоровий).
  • Затримка складів — палає з постійною тихій швидкістю, використовується для введення затримок у вогневій резерв.
  • Піротехнічні джерела тепла — виділяють велику кількість тепла і практично не поширюють гази, медленногорящие, часто термитоподобные.
  • Бенгальські вогні — виробляють білі або кольорові іскри.
  • Спалахи — горять повільно, створюють велику кількість світла, що використовуються для освітлення та сигналізації.
  • Кольорові композиції феєрверків — виробляють світлі, білі або різнокольорові іскри.

Застосування

Деякі технології піротехнічних складів і виробів використовуються в промисловості та авіації для генерації великих обсягів газу (наприклад, в подушках безпеки), а також у різних кріпленнях і в інших аналогічних ситуаціях. Вони також використовуються у військовій промисловості, коли потрібно виробництво великої кількості шуму, світла або інфрачервоного випромінювання. Наприклад, ракети-приманки, спалахи і приголомшуючі гранати. Новий клас композицій реактивних матеріалів в даний час досліджується військовими.

Багато піротехнічні склади (особливо з участю алюмінію і перхлоратів) часто дуже чутливі до тертя, ударів і статичної електрики. Навіть усього лише від 0,1 до 10 миллиджоулей іскра може викликати певні ефекти.

Дивіться також:  Нафту в Казахстані: родовище, видобуток і переробка

Порох

Це відомий багатьом чорний порошок. Він є найбільш раннім з відомих хімічних вибухових речовин, складається із суміші сірки (S), деревного вугілля (C) та нітрату калію (селітра, KNO 3). Перші два компоненти діють, як паливо, а третій є окислювачем. З-за своїх запальних властивостей і кількості виділюваного тепла і газу порох широко використовується у виробництві метальних зарядів у вогнепальній зброї та артилерії. Крім того, він застосовується у виробництві ракет, феєрверків і вибухових пристроїв при розробці кар’єрів, видобутку корисних копалин і на будівництві доріг.

Показники

Порох був винайдений у Китаї у VII ст. і поширився по більшій частині Євразії до кінця XIII століття. Спочатку розроблений жінку для лікувальних цілей, порошок був використаний для війни близько 1000 року нашої ери.

Порох класифікується як малого вибухової речовини з-за його низької швидкості розкладання і невеликий бризантності.

Вибухова сила

Запалювання пороху, упакованого за снарядом, створює достатній тиск, щоб викликати постріл з дульного зрізу на високій швидкості, але недостатньо потужного для розриву ствола пістолета. Таким чином, порох є хорошим паливом, але він менш придатний для руйнування каменю або укріплень з причини його низької вибуховій силі. Передаючи достатньо енергії (від палаючого речовини до маси гарматного ядра, а потім від нього до мішені за допомогою ударних боєприпасів), в кінцевому підсумку бомбардувальник може крушити укріплену оборону противника.

Порох широко використовувався для наповнення снарядів і застосовувався в проектах з видобутку корисних копалин і цивільного будівництва до другої половини XIX століття, коли були випробувані перші вибухові речовини. Порошок більше не вживається в сучасному зброю і в промислових цілях через його відносно малої ефективності (порівняно з більш новими альтернативами, такими як динаміт і аміачна селітра або мазут). Сьогодні вогнепальну зброю із застосуванням пороху обмежується в основному полюванням, стрільбою по мішенях.

Піротехнічний джерело тепла

Піротехнічні склади являють собою пристрій на основі горючих речовин з відповідним запальником. Їх роль — проводити контрольоване кількість тепла. Піротехнічні джерела зазвичай засновані на термитоподобных (або затримують композицію) паливних окислювачах з низькою швидкістю горіння, високою виробленням спека при бажаної температури і малим або нульовим формуванням газів.

Дивіться також:  Щільність бука. Особливості застосування та технологічні властивості деревини

Вони можуть бути активовані кількома способами. Електричні сірники та ударні ковпачки є найбільш поширеними.

Піротехнічні джерела тепла часто використовуються для активації батарей, де вони служать для розплавлення електроліту. Є два основних типи дизайну. В одному використовують смужку детонатора (містить хромат барію і металевий порошкоподібний цирконій в керамічній папері). Уздовж його краю проходять теплові піротехнічні склади гранулювання для ініціювання горіння. Смуга, як правило, запускається електричним запальником або заглушкою з допомогою струму.

У другій конструкції використовують центральне отвір в батарейному блоці, в яке високоенергетичний електричний запальник випускає суміш горючих газів і ламп розжарювання. Конструкція з центральним отвором дозволяє значно скоротити час активації (десятки мілісекунд). Для порівняння зазначимо, що в пристроях з крайової смужкою цей показник – сотні мілісекунд.

Включення батареї також може бути виконано ударним праймером, схожим на рушницю. Бажано, щоб джерело впливу був без газу. Зазвичай стандартний склад піротехнічних сумішей складається з порошку заліза та перхлорату калію. У вагових співвідношеннях це 88/12, 86/14 і 84/16. Чим вище рівень перхлорату, тим більше тепловиділення (номінально 200, 259 та 297 калорій/грам). Розмір і товщина залізо-перхлоратных таблеток мало впливають на швидкість горіння, однак впливають на щільність, склад, розмір частинок і можуть використовуватися для регулювання бажаного профілю тепловиділення.

Інша використовувана композиція — це цирконій з хроматом барію. Ще одна суміш містить 46,67% титану, 23,33 %аморфного бору, і близько 30% хромату барію. Також можуть бути такі пропорції: 45% вольфраму, 40,5% хромату барію, 14,5% перхлорату калію і 1% вінілового спирту і ацетату в’яжучого.

Реакції з утворенням інтерметалічних компонентів піротехнічних складів, наприклад, цирконію з бором, можуть використовуватися, коли бажана робота без газу, негигроскопическое поведінку і незалежність від тиску навколишнього середовища.

Джерело тепла

Він може бути прямий частиною піротехнічної композиції, наприклад, у хімічних генераторах кисню використовується така складова з великим надлишком окислювача. Тепло, що виділяється при спалюванні, застосовується для термічного розкладання. Щодо холодного горіння композиції використовуються для виробництва кольорового диму або для розпилення аерозолю, наприклад, пестицидів або газу CS, забезпечуючи теплоту сублімації бажаного з’єднання.

Компонент уповільнення фази композиції, який утворює разом з продуктами згоряння суміш з однієї окремої температурою фазового переходу, може використовуватися для стабілізації висоти горіння.

Матеріали

Піротехнічні склади зазвичай являють собою гомогенізовані суміші дрібних частинок палива і окислювачів. Перші можуть бути зернами або пластівцями. Як правило, чим більша площа поверхні частинок, тим вище швидкість реакції горіння. Для деяких цілей зв’язувальні речовини використовуються для перетворення порошку в твердий матеріал.

Дивіться також:  Діловий лист англійською: зразок складання, типові фрази

Паливо

Типові види засновані на металевих або металлоидных порошках. Композиція може вказувати кілька різних видів палива. Деякі також можуть служити зв’язуючими речовинами.

Метали

Загальні види палива включають в себе такі елементи:

  • Алюміній — найбільш поширене паливо в багатьох класах сумішей, а також регулятор нестабільності горіння. Високотемпературне полум’я з твердими частинками, які заважають появі барвників, реагує з нітратами (крім амонію) з утворенням оксидів азоту, аміаку і тепла (повільна реакція при кімнатній температурі, але бурхлива вище 80° C, може самозайматися).
  • Магналий — алюмінієво-магнієвий сплав, більш стабільний і менш дорогий, ніж окремий метал. Менш реактивен, ніж магній, але при цьому легше запалюється, ніж алюміній.
  • Залізо — робить золоті іскри, часто використовуваний елемент.
  • Сталь – сплав заліза і вуглецю, що робить розгалужуються жовто-оранжеві іскри.
  • Цирконій — виробляє гарячі частинки, корисні для запалюючих сумішей, наприклад, стандартний ініціатор НАСА, а також для придушення нестабільності горіння.
  • Титан — виробляє гарячі піротехнічні засоби і склади, підвищує чутливість до ударів і тертя. Іноді використовується сплав Ti4Al6V, який дає трохи більш яскраві білі іскри. Разом з перхлоратом калію він застосовується в деяких піротехнічних воспламенителях. Грубий порошок виробляє красиві розгалужуються синьо-білі іскри.
  • Ферротитан — залізо-титановий сплав, створює яскраві іскри, використовувані в піротехнічних зірок, ракетах, кометах і фонтанах.
  • Феросиліцій — железокремниевое речовина, застосовувана в деяких сумішах, іноді заміна силіцидів кальцію.
  • Марганець — використовується для контролю швидкості горіння, наприклад, у композиціях із затримкою.
  • Цинк — застосовується в деяких димових складах разом із сіркою, яка вживається в якості аматорського палива для ракет, а також піротехнічних зірок. Чутливий до вологи. Може самозайматися. Рідко використовується в якості основного палива (виняток – димові композиції), може застосовуватися в якості додаткового компонента.
  • Мідь — використовується в якості синього барвника з іншими видами.
  • Латунь – сплав цинку і міді, що застосовується в деяких формулах для феєрверків.
  • Вольфрам — використовується для контролю і уповільнення швидкості горіння композицій.

Варто відзначити, що піротехнічні склади своїми руками виготовляти небезпечно.