Пиротехнический состав — это вещество или смесь компонентов, предназначенных для производства эффекта в виде тепла, света, звука, газа, дыма или их комбинации, в результате самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, проходящих без детонации. Подобный процесс не зависит от кислорода из внешних источников.
Классификация пиротехнических составов
Их можно разделить по действию:
- Пламенные.
- Дымовые.
- Динамические.
Первые две группы можно подразделить на более мелкие виды.
Пламенные: осветительные, сигнальные ночные, трассирующие и некоторые зажигательные.
В группу дымовых входят составы для дневной сигнализации и маскирующие (туман).
Основные виды пиротехники
Эффект, указанный выше (свет, звук и так далее), можно создать с помощью таких компонентов:
- Вспышка порошка — очень быстро горит, производит взрывы или яркие световые выбросы.
- Порох — горит медленнее порошка, выделяет большое количество газов.
- Твердое топливо — производит много горячих паров, используемых в качестве источников кинетической энергии для ракет и снарядов.
- Пиротехнические инициаторы — выделяют большое количество тепла, пламени или горячих искр, используемых для зажигания других композиций.
- Заряды для выброса — быстро сгорают, производят много газа за короткое время, используются для освобождения полезных грузов из контейнеров.
- Взрывные заряды — быстро сгорают, производят большое количество газа за короткое время, используются для дробления контейнера и сброса его содержимого.
- Дымовые композиции — горят медленно, производят туман (простой или цветной).
- Задержка составов — пылает с постоянной тихой скоростью, используется для введения задержек в огневой резерв.
- Пиротехнические источники тепла — выделяют большое количество тепла и практически не распространяют газы, медленногорящие, часто термитоподобные.
- Бенгальские огни — производят белые или цветные искры.
- Вспышки — горят медленно, создают большое количество света, используются для освещения или сигнализации.
- Цветные композиции фейерверков — производят светлые, белые или разноцветные искры.
Применение
Некоторые технологии пиротехнических составов и изделий используются в промышленности и авиации для генерации больших объемов газа (например, в подушках безопасности), а также в различных креплениях и в других аналогичных ситуациях. Они также используются в военной промышленности, когда требуется производство большого количества шума, света или инфракрасного излучения. Например, ракеты-приманки, вспышки и оглушающие гранаты. Новый класс композиций реактивных материалов в настоящее время исследуется военными.
Многие пиротехнические составы (особенно с участием алюминия и перхлоратов) часто очень чувствительны к трению, ударам и статическому электричеству. Даже всего лишь от 0,1 до 10 миллиджоулей искра может вызвать определенные эффекты.
Порох
Это известный многим черный порошок. Он является самым ранним из известных химических взрывчатых веществ, состоит из смеси серы (S), древесного угля (C) и нитрата калия (селитра, KNO 3). Первые два компонента действуют, как топливо, а третий является окислителем. Из-за своих зажигательных свойств и количества выделяемого тепла и газа порох широко используется в производстве метательных зарядов в огнестрельном оружии и артиллерии. Кроме того, он применяется в производстве ракет, фейерверков и взрывчатых приспособлений при разработке карьеров, добыче полезных ископаемых и строительстве дорог.
Показатели
Порох был изобретен в Китае в VII веке и распространился по большей части Евразии к концу XIII века. Первоначально разработанный даосами для лечебных целей, порошок был использован для войны около 1000 года нашей эры.
Порох классифицируется в качестве малого взрывчатого вещества из-за его относительно низкой скорости разложения и небольшой бризантности.
Взрывная сила
Зажигание пороха, упакованного за снарядом, создает достаточное давление, чтобы вызвать выстрел из дульного среза на высокой скорости, но недостаточно мощного для разрыва ствола пистолета. Таким образом, порох является хорошим топливом, но он менее пригоден для разрушения камня или укреплений по причине его низкой взрывной силе. Передавая достаточно энергии (от горящего вещества к массе пушечного ядра, а затем от него к мишени посредством ударных боеприпасов), в конечном итоге бомбардировщик может сокрушать укрепленную оборону противника.
Порох широко использовался для наполнения снарядов и применялся в проектах по добыче полезных ископаемых и гражданскому строительству до второй половины XIX века, когда были опробованы первые взрывчатые вещества. Порошок больше не употребляется в современном оружии и в промышленных целях из-за его относительно малой эффективности (по сравнению с более новыми альтернативами, такими как динамит и аммиачная селитра или мазут). Сегодня огнестрельное оружие с применением пороха ограничивается в основном охотой, стрельбой по мишеням.
Пиротехнический источник тепла
Пиротехнические составы представляют собой устройство на основе горючих веществ с подходящим воспламенителем. Их роль — производить контролируемое количество тепла. Пиротехнические источники обычно основаны на термитоподобных (или задерживающих композицию) топливных окислителях с низкой скоростью горения, высокой выработкой жара при желаемой температуре и малым или нулевым формированием газов.
Они могут быть активированы несколькими способами. Электрические спички и ударные колпачки являются наиболее распространенными.
Пиротехнические источники тепла часто используются для активации батарей, где они служат для расплавления электролита. Есть два основных типа дизайна. В одном используют полоску взрывателя (содержащую хромат бария и металлический порошкообразный цирконий в керамической бумаге). Вдоль его края проходят тепловые пиротехнические составы гранулирования для инициирования горения. Полоса, как правило, запускается электрическим воспламенителем или заглушкой с помощью тока.
Во второй конструкции используют центральное отверстие в батарейном блоке, в которое высокоэнергетический электрический воспламенитель выпускает смесь горючих газов и ламп накаливания. Конструкция с центральным отверстием позволяет значительно сократить время активации (десятки миллисекунд). Для сравнения отметим, что в устройствах с краевой полоской этот показатель - сотни миллисекунд.
Включение батареи также может быть выполнено ударным праймером, похожим на дробовик. Желательно, чтобы источник воздействия был без газа. Обычно стандартный состав пиротехнических смесей состоит из порошка железа и перхлората калия. В весовых соотношениях это 88/12, 86/14 и 84/16. Чем выше уровень перхлората, тем больше тепловыделение (номинально 200, 259 и 297 калорий/грамм). Размер и толщина железо-перхлоратных таблеток мало влияют на скорость горения, однако оказывают воздействие на плотность, состав, размер частиц и могут использоваться для регулировки желаемого профиля тепловыделения.
Другая используемая композиция — это цирконий с хроматом бария. Еще одна смесь содержит 46,67% титана, 23,33 %аморфного бора, и около 30% хромата бария. Также могут быть такие пропорции: 45% вольфрама, 40,5% хромата бария, 14,5% перхлората калия и 1% винилового спирта и ацетата вяжущего.
Реакции с образованием интерметаллических компонентов пиротехнических составов, например, циркония с бором, могут использоваться, когда желательна работа без газа, негигроскопическое поведение и независимость от давления окружающей среды.
Источник тепла
Он может быть прямой частью пиротехнической композиции, например, в химических генераторах кислорода используется такая составляющая с большим избытком окислителя. Тепло, выделяемое при сжигании, применяется для термического разложения. Относительно холодного горения композиции используются для производства цветного дыма или для распыления аэрозоля, например, пестицидов или газа CS, обеспечивая теплоту сублимации желаемого соединения.
Компонент замедления фазы композиции, который образует вместе с продуктами сгорания смесь с одной отдельной температурой фазового перехода, может использоваться для стабилизации высоты горения.
Материалы
Пиротехнические составы обычно представляют собой гомогенизированные смеси мелких частиц топлива и окислителей. Первые могут быть зернами или хлопьями. Как правило, чем выше площадь поверхности частиц, тем выше скорость реакции и горения. Для некоторых целей связующие вещества используются для превращения порошка в твердый материал.
Топливо
Типичные виды основаны на металлических или металлоидных порошках. Композиция может указывать несколько различных видов топлива. Некоторые также могут служить связующими веществами.
Металлы
Общие виды топлива включают в себя такие элементы:
- Алюминий — наиболее распространенное топливо во многих классах смесей, а также регулятор нестабильности горения. Высокотемпературное пламя с твердыми частицами, которые мешают появлению красителей, реагирует с нитратами (кроме аммония) с образованием оксидов азота, аммиака и тепла (реакция медленная при комнатной температуре, но бурная выше 80° C, может самовоспламеняться).
- Магналий — алюминиево-магниевый сплав, более стабильный и менее дорогой, чем отдельный металл. Менее реактивен, чем магний, но при этом легче воспламеняется, чем алюминий.
- Железо — делает золотые искры, часто используемый элемент.
- Сталь - сплав железа и углерода, делающий разветвляющиеся желто-оранжевые искры.
- Цирконий — производит горячие частицы, полезные для воспламеняющих смесей, например, стандартный инициатор НАСА, а также для подавления нестабильности горения.
- Титан — вырабатывает горячие пиротехнические средства и составы, повышает чувствительность к ударам и трению. Иногда используется сплав Ti4Al6V, который дает немного более яркие белые искры. Вместе с перхлоратом калия он применяется в некоторых пиротехнических воспламенителях. Грубый порошок производит красивые разветвляющиеся сине-белые искры.
- Ферротитан — железо-титановый сплав, создает яркие искры, используемые в пиротехнических звездах, ракетах, кометах и фонтанах.
- Ферросилиций — железокремниевое вещество, применяемое в некоторых смесях, иногда замена силицида кальция.
- Марганец — используется для контроля скорости горения, например, в композициях с задержкой.
- Цинк — применяется в некоторых дымовых составах вместе с серой, которая употребляется в качестве любительского топлива для ракет, а также в пиротехнических звездах. Чувствителен к влаге. Может самовозгораться. Редко используется в качестве основного топлива (исключение - дымовые композиции), может применяться в качестве дополнительного компонента.
- Медь — используется в качестве синего красителя с другими видами.
- Латунь - сплав цинка и меди, применяемый в некоторых формулах для фейерверков.
- Вольфрам — используется для контроля и замедления скорости горения композиций.
Стоит отметить, что пиротехнические составы своими руками изготовлять опасно.
