Komposisi piroteknik: klasifikasi, komponen, aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Komposisi piroteknik ialah bahan atau campuran komponen yang direka bentuk untuk menghasilkan kesan dalam bentuk haba, cahaya, bunyi, gas, asap atau gabungannya, hasil daripada tindak balas kimia eksotermik yang berterusan yang berlaku tanpa letupan. Proses sedemikian tidak bergantung kepada oksigen daripada sumber luar.

Klasifikasi gubahan piroteknik

Mereka boleh dibahagikan dengan tindakan:

• Berapi.
• Asap.
• Dinamik.

Dua kumpulan pertama boleh dibahagikan kepada jenis yang lebih kecil.

Berapi: menerangi, malam isyarat, pengesan dan beberapa pembakar.

Kumpulan asap termasuk gubahan untuk isyarat siang hari dan menutup (kabut).

Jenis piroteknik utama

Kesan di atas (cahaya, bunyi, dll.) boleh dibuat menggunakan komponen ini:

• Denyar serbuk - terbakar dengan sangat cepat, menghasilkan letupan atau pancaran cahaya terang.
• Bedil - terbakar lebih perlahan daripada serbuk, mengeluarkan sejumlah besar gas.
• Propelan pepejal - menghasilkan banyak wap panas yang digunakan sebagai sumber tenaga kinetik untuk roket dan peluru.
• Pyrotechnic initiators - menghasilkan sejumlah besar haba, nyalaan atau percikan api yang digunakan untuk menyalakan gubahan lain.
• Caj Pelepasan - terbakar dengan cepat, menghasilkan banyak gas dalam masa yang singkat, digunakan untuk melepaskan muatan dari bekas.
• Caj letupan - terbakar dengan cepat, menghasilkan sejumlah besar gas dalam masa yang singkat, digunakan untuk menghancurkan bekas dan membuang kandungannya.
• Gubahan asap - terbakar perlahan-lahan, menghasilkan kabus (biasa atau berwarna).
• Kereta api kelewatan - menyala pada kelajuan senyap yang berterusan, digunakan untuk menyebabkan kelewatan ke dalam simpanan bomba.
• Punca haba piroteknik - mengeluarkan sejumlah besar haba dan boleh dikatakan tidak menyebarkan gas, pembakaran perlahan, selalunya seperti termit.
• Sparklers - menghasilkan percikan putih atau berwarna.
• Kelip - terbakar perlahan-lahan, cipta sejumlah besar cahaya, digunakan untuk pencahayaan atau isyarat.
• Gubahan bunga api berwarna-warni - menghasilkan percikan cahaya, putih atau pelbagai warna.

Permohonan

Sesetengah teknologi komposisi dan produk piroteknik digunakan dalam industri dan penerbangan untuk menjana sejumlah besar gas (contohnya, dalam beg udara), serta dalam pelbagaipengikat dan dalam situasi lain yang serupa. Ia juga digunakan dalam industri ketenteraan apabila sejumlah besar bunyi, cahaya atau sinaran inframerah diperlukan. Sebagai contoh, roket umpan, suar, dan bom tangan mengejutkan. Kelas baru komposisi bahan reaktif sedang dikaji oleh tentera.

Banyak sebatian piroteknik (terutamanya yang melibatkan aluminium dan perklorat) selalunya sangat sensitif kepada geseran, kejutan dan elektrik statik. Walaupun hanya 0.1 hingga 10 milijoule percikan boleh menyebabkan kesan tertentu.

serbuk bedil

Inilah serbuk hitam yang terkenal. Ia adalah bahan letupan kimia yang paling awal diketahui, terdiri daripada campuran sulfur (S), arang (C) dan kalium nitrat (s altpeter, KNO 3). Dua komponen pertama bertindak sebagai bahan api, dan yang ketiga adalah pengoksida. Kerana sifat pembakar dan jumlah haba dan gas yang dihasilkannya, serbuk mesiu digunakan secara meluas dalam pembuatan cas propelan dalam senjata api dan artileri. Selain itu, ia digunakan dalam pembuatan roket, bunga api dan alat letupan dalam kuari, perlombongan dan pembinaan jalan raya.

Penunjuk

Tebuk bedil telah dicipta di China pada abad ke-7 dan tersebar di kebanyakan Eurasia pada akhir abad ke-13. Pada asalnya dibangunkan oleh Taois untuk tujuan perubatan, serbuk itu digunakan untuk peperangan sekitar 1000 AD.

Tebuk bedil dikelaskan kepadasebagai bahan letupan kecil kerana kadar penguraiannya yang agak perlahan dan brisance yang rendah.

Kuasa Letupan

Pencucuhan serbuk mesiu yang dibungkus di belakang peluru menghasilkan tekanan yang mencukupi untuk menyebabkan muncung menembak pada kelajuan tinggi, tetapi tidak cukup kuat untuk memecahkan laras pistol. Oleh itu, serbuk mesiu adalah bahan api yang baik, tetapi ia kurang sesuai untuk memusnahkan batu atau kubu kerana kuasa letupannya yang rendah. Dengan memindahkan tenaga yang mencukupi (daripada bahan yang terbakar kepada jisim bebola meriam, dan kemudian daripadanya ke sasaran melalui peluru hentaman), pengebom akhirnya boleh menewaskan pertahanan yang diperkuatkan musuh.

Tebuk bedil digunakan secara meluas untuk mengisi peluru dan digunakan dalam projek perlombongan dan kejuruteraan awam sehingga separuh kedua abad ke-19, apabila bahan letupan pertama diuji. Serbuk ini tidak lagi digunakan dalam senjata moden dan aplikasi industri kerana keberkesanannya yang agak rendah (berbanding dengan alternatif yang lebih baru seperti dinamit dan ammonium nitrat atau minyak bahan api). Hari ini senjata api serbuk bedil kebanyakannya terhad kepada memburu, menembak sasaran.

Punca haba piroteknik

Komposisi piroteknik ialah peranti berasaskan bahan mudah terbakar dengan penyalaan yang sesuai. Peranan mereka adalah untuk menghasilkan jumlah haba yang terkawal. Sumber piroteknik biasanya berasaskan pengoksida bahan api seperti termit (atau melambatkan komposisi) dengan kadar pembakaran yang rendah,keluaran haba yang tinggi pada suhu yang dikehendaki dan sedikit atau tiada pembentukan gas.

Ia boleh diaktifkan dalam beberapa cara. Padanan elektrik dan penutup hentaman adalah yang paling biasa.

Punca haba piroteknik selalunya digunakan untuk mengaktifkan bateri, di mana ia berfungsi untuk mencairkan elektrolit. Terdapat dua jenis reka bentuk utama. Seseorang menggunakan jalur fius (mengandungi barium kromat dan serbuk logam zirkonium dalam kertas seramik). Komposisi granulasi piroteknik terma berjalan di sepanjang tepinya untuk memulakan pembakaran. Jalur biasanya dimulakan dengan pencucuh elektrik atau palam menggunakan arus.

Reka bentuk kedua menggunakan lubang tengah dalam pek bateri di mana penyala elektrik bertenaga tinggi melepaskan campuran gas mudah terbakar dan lampu pijar. Reka bentuk dengan lubang tengah boleh mengurangkan masa pengaktifan dengan ketara (berpuluh-puluh milisaat). Sebagai perbandingan, kami ambil perhatian bahawa dalam peranti dengan jalur tepi, penunjuk ini ialah ratusan milisaat.

Mendayakan bateri juga boleh dilakukan dengan primer kesan seperti senapang patah. Adalah wajar bahawa sumber pendedahan adalah tanpa gas. Biasanya, komposisi standard campuran piroteknik terdiri daripada serbuk besi dan kalium perklorat. Dalam nisbah berat, ini ialah 88/12, 86/14 dan 84/16. Semakin tinggi tahap perklorat, semakin besar pengeluaran haba (nominal 200, 259 dan 297 kalori/gram). Saiz dan ketebalan tablet besi-perklorat mempunyai sedikit kesan pada kadar pembakaran, tetapi ia berlakukesan pada ketumpatan, komposisi, saiz zarah dan boleh digunakan untuk melaraskan profil pelepasan haba yang diingini.

Komposisi lain yang digunakan ialah zirkonium dengan barium kromat. Satu lagi campuran mengandungi 46.67% titanium, 23.33% boron amorf, dan kira-kira 30% barium kromat. Juga tersedia ialah 45% tungsten, 40.5% barium kromat, 14.5% kalium perklorat, dan 1% vinil alkohol dan pengikat asetat.

Tindak balas untuk membentuk komponen intermetallic komposisi piroteknik, seperti zirkonium dengan boron, boleh digunakan apabila operasi tanpa gas, tingkah laku tidak higroskopik dan bebas daripada tekanan ambien diingini.

Sumber haba

Ia boleh menjadi sebahagian langsung daripada komposisi piroteknik, contohnya, dalam penjana oksigen kimia, komponen sedemikian digunakan dengan lebihan pengoksidaan yang besar. Haba yang dibebaskan semasa pembakaran digunakan untuk penguraian haba. Berkenaan dengan pembakaran sejuk, komposisi digunakan untuk menghasilkan asap berwarna atau menyembur aerosol seperti racun perosak atau gas CS, memberikan haba pemejalwapan sebatian yang dikehendaki.

Komponen terencat fasa komposisi, yang bersama-sama dengan produk pembakaran membentuk campuran dengan satu suhu peralihan fasa yang berbeza, boleh digunakan untuk menstabilkan ketinggian nyalaan.

Bahan

Komposisi piroteknik biasanya merupakan campuran homogen yang kecilzarah bahan api dan pengoksida. Yang pertama mungkin bijirin atau kepingan. Secara amnya, semakin tinggi luas permukaan zarah, semakin tinggi kadar tindak balas dan pembakaran. Untuk beberapa tujuan, pengikat digunakan untuk menukar serbuk menjadi bahan pepejal.

Petrol

Jenis biasa adalah berdasarkan serbuk metalik atau metalloid. Komposisi mungkin menunjukkan beberapa jenis bahan api yang berbeza. Sesetengah juga boleh berfungsi sebagai pengikat.

Logam

Bahan api biasa termasuk:

• Aluminium ialah bahan api yang paling biasa dalam banyak kelas campuran, serta pengawal selia ketidakstabilan pembakaran. Nyalaan suhu tinggi dengan zarah pepejal yang mengganggu penampilan pewarna, bertindak balas dengan nitrat (kecuali ammonium) untuk membentuk oksida nitrogen, ammonia dan haba (tindak balas perlahan pada suhu bilik, tetapi ganas melebihi 80 ° C, boleh menyala sendiri).
• Magnalium ialah aloi aluminium-magnesium yang lebih stabil dan lebih murah daripada logam tunggal. Kurang reaktif daripada magnesium, tetapi lebih mudah terbakar daripada aluminium.
• Besi - menghasilkan percikan emas, unsur yang biasa digunakan.
• Keluli ialah aloi besi dan karbon yang menghasilkan percikan bunga api kuning-oren yang bercabang.
• Zirkonium - Menghasilkan zarah panas yang berguna untuk campuran mudah terbakar, seperti pemula piawai NASA dan untuk menyekat ketidakstabilan pembakaran.
• Titanium - menghasilkan piroteknik panas dan sebatian, meningkatsensitiviti kepada kejutan dan geseran. Kadangkala aloi Ti4Al6V digunakan yang menghasilkan percikan putih yang lebih terang sedikit. Bersama-sama dengan kalium perklorat, ia digunakan dalam beberapa penyala piroteknik. Serbuk kasar menghasilkan percikan api biru-putih bercabang yang indah.
• Ferrotitanium ialah aloi besi-titanium yang menghasilkan percikan terang yang digunakan dalam bintang piroteknik, roket, komet dan air pancut.
• Ferrosilicon ialah bahan besi-silikon yang digunakan dalam beberapa adunan, kadangkala menggantikan kalsium silisid.
• Manganese - digunakan untuk mengawal kadar pembakaran, contohnya, dalam gubahan dengan kelewatan.
• Zink - digunakan dalam beberapa komposisi asap bersama sulfur, yang digunakan sebagai bahan api amatur untuk roket, serta dalam bintang piroteknik. Sensitif kepada kelembapan. Boleh menyala secara spontan. Jarang digunakan sebagai bahan api utama (kecuali komposisi asap), ia boleh digunakan sebagai komponen tambahan.
• Tembaga - digunakan sebagai pewarna biru dengan spesies lain.
• Loyang ialah aloi zink dan kuprum yang digunakan dalam beberapa formula bunga api.
• Tungsten - digunakan untuk mengawal dan memperlahankan kadar pembakaran gubahan.

Perlu diperhatikan bahawa adalah berbahaya untuk membuat gubahan piroteknik dengan tangan anda sendiri.