Pirotehniskais sastāvs: klasifikācija, sastāvdaļas, pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Pirotehniskais sastāvs ir viela vai sastāvdaļu maisījums, kas izveidots, lai radītu efektu siltuma, gaismas, skaņas, gāzes, dūmu vai to kombinācijas veidā pašpietiekamu eksotermisku ķīmisku reakciju rezultātā. notiek bez detonācijas. Šāds process nav atkarīgs no skābekļa no ārējiem avotiem.

Pirotehnisko kompozīciju klasifikācija

Tos var sadalīt pēc darbības:

• Ugunīgs.
• Dūmi.
• Dinamiska.

Pirmās divas grupas var iedalīt mazākos veidos.

Ugunīgs: apgaismojošs, signāls nakts, marķieris un dažas aizdedzes.

Dūmu grupā ir skaņdarbi dienas signalizācijai un maskēšanai (miglai).

Galvenie pirotehnikas veidi

Iepriekšminēto efektu (gaismu, skaņu utt.) var izveidot, izmantojot šos komponentus:

• Pulvera zibspuldze - ļoti ātri sadedzina, rada sprādzienus vai spilgtus gaismas uzliesmojumus.
• Šaujampulveris - deg lēnāk nekā pulveris, izdala lielu daudzumu gāzu.
• Cietais degviela - rada daudz karstu tvaiku, ko izmanto kā kinētiskās enerģijas avotus raķetēm un šāviņiem.
• Pirotehniskie iniciatori - rada lielu daudzumu siltuma, liesmu vai karstu dzirksteļu, ko izmanto citu kompozīciju aizdedzināšanai.
• Izmešanas lādiņi - ātri sadedzina, īsā laikā rada daudz gāzes, izmanto, lai atbrīvotu kravas no konteineriem.
• Sprādzienbīstami lādiņi - ātri sadedzina, īsā laikā rada lielu gāzes daudzumu, izmanto, lai sasmalcinātu konteineru un izgāztu tā saturu.
• Dūmu kompozīcijas - deg lēni, veido miglu (vienkāršā vai krāsainā).
• Kavē vilcienus - deg nemainīgā klusā ātrumā, izmanto, lai aizkavētu ugunsdzēsības rezervi.
• Pirotehniskie siltuma avoti - izdala lielu siltuma daudzumu un praktiski neizplata gāzes, lēni deg, bieži termītveidīgi.
• Sparklers - rada b altas vai krāsainas dzirksteles.
• Mirgo - deg lēni, rada lielu gaismas daudzumu, izmanto apgaismojumam vai signalizācijai.
• Krāsainas uguņošanas kompozīcijas - rada gaišas, b altas vai daudzkrāsainas dzirksteles.

Pieteikums

Atsevišķas pirotehnisko kompozīciju un izstrādājumu tehnoloģijas tiek izmantotas rūpniecībā un aviācijā, lai radītu lielu daudzumu gāzes (piemēram, gaisa spilvenos), kā arī dažādāsstiprinājumi un citās līdzīgās situācijās. Tos izmanto arī militārajā rūpniecībā, kad nepieciešams liels troksnis, gaisma vai infrasarkanais starojums. Piemēram, mānekļu raķetes, signālraķetes un apdullināšanas granātas. Pašlaik militārpersonas pēta jaunu reaktīvo materiālu sastāvu klasi.

Daudzi pirotehniskie savienojumi (īpaši tie, kas satur alumīniju un perhlorātus) bieži ir ļoti jutīgi pret berzi, triecieniem un statisko elektrību. Pat 0,1–10 milidžouli dzirksteles var izraisīt noteiktas sekas.

Šaujamopulveris

Šis ir slavenais melnais pulveris. Tā ir agrākā zināmā ķīmiskā sprāgstviela, kas sastāv no sēra (S), kokogles (C) un kālija nitrāta (sālspēters, KNO 3) maisījuma. Pirmās divas sastāvdaļas darbojas kā degviela, bet trešā ir oksidētājs. Tā kā šaujampulveris ir uzliesmojošs, un tas rada siltumu un gāzi, to plaši izmanto šaujamieroču un artilērijas degvielu lādiņu ražošanā. Turklāt to izmanto raķešu, uguņošanas ierīču un sprādzienbīstamu ierīču ražošanā karjeru izstrādē, kalnrūpniecībā un ceļu būvē.

Rādītāji

Šaujampulveris tika izgudrots Ķīnā 7. gadsimtā un izplatījās lielākajā daļā Eirāzijas līdz 13. gadsimta beigām. Sākotnēji taoisti izstrādāja medicīniskiem nolūkiem, bet pulveris tika izmantots karadarbībai aptuveni mūsu ēras 1000. gadā.

Šujampulveris tiek klasificētskā maza sprāgstviela, pateicoties tās salīdzinoši lēnajam sadalīšanās ātrumam un zemajam spīdumam.

Sprādzienbīstams spēks

Aiz šāviņa iepildīta šaujampulvera aizdedze rada pietiekamu spiedienu, lai izšautu purnā lielā ātrumā, taču tas nav pietiekami spēcīgs, lai pārsprāgtu pistoles stobru. Tādējādi šaujampulveris ir laba degviela, taču tā mazās sprādzienbīstamības dēļ ir mazāk piemērota akmens vai nocietinājumu iznīcināšanai. Nododot pietiekami daudz enerģijas (no degošās vielas uz lielgabala lodes masu un pēc tam no tās uz mērķi, izmantojot trieciena munīciju), bumbvedējs galu galā var pārvarēt ienaidnieka nocietināto aizsardzību.

Šaujamo pulveri plaši izmantoja šāviņu pildīšanai, un to izmantoja kalnrūpniecības un inženiertehniskajos projektos līdz 19. gadsimta otrajai pusei, kad tika izmēģinātas pirmās sprāgstvielas. Pulveris vairs netiek izmantots mūsdienu ieročos un rūpnieciskos lietojumos, jo tā efektivitāte ir salīdzinoši zema (salīdzinājumā ar jaunākām alternatīvām, piemēram, dinamītu un amonija nitrātu vai mazutu). Mūsdienās šaujampulvera šaujamieroči galvenokārt attiecas tikai uz medībām un šaušanu mērķī.

Pirotehniskais siltuma avots

Pirotehniskie sastāvi ir ierīce, kuras pamatā ir degošas vielas ar piemērotu aizdedzi. Viņu uzdevums ir ražot kontrolētu siltuma daudzumu. Pirotehniskie avoti parasti ir balstīti uz termītiem līdzīgiem (vai sastāvu aizkavējošiem) degvielas oksidētājiem ar zemu degšanas ātrumu,augsta siltuma atdeve vēlamajā temperatūrā un neliela gāzes veidošanās vai tās vispār nav.

Tos var aktivizēt vairākos veidos. Visizplatītākie ir elektriskie sērkociņi un triecienvāciņi.

Pirotehniskos siltuma avotus bieži izmanto, lai aktivizētu akumulatorus, kur tie kalpo elektrolīta kausēšanai. Ir divi galvenie dizaina veidi. Viens izmanto drošinātāju sloksni (kas satur bārija hromātu un pulverveida cirkonija metālu keramikas papīrā). Termiskās pirotehniskās granulācijas kompozīcijas iet gar tās malu, lai uzsāktu degšanu. Sloksne parasti tiek iedarbināta ar elektrisko aizdedzi vai kontaktdakšu, izmantojot strāvu.

Otrajā dizainā ir izmantots centrālais caurums akumulatora komplektā, kurā lielas enerģijas elektriskā aizdedze atbrīvo degošu gāzu un kvēlspuldžu maisījumu. Dizains ar centrālo caurumu var ievērojami samazināt aktivizācijas laiku (desmitiem milisekundēm). Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka ierīcēs ar malu joslu šis rādītājs ir simtiem milisekundes.

Akumulatora iespējošanu var veikt arī ar bisei līdzīgu trieciengruntzi. Vēlams, lai iedarbības avots būtu bez gāzes. Parasti pirotehnisko maisījumu standarta sastāvs sastāv no dzelzs pulvera un kālija perhlorāta. Svara attiecībās tās ir 88/12, 86/14 un 84/16. Jo augstāks perhlorāta līmenis, jo lielāka siltuma jauda (nomināli 200, 259 un 297 kalorijas/gram). Dzelzs perhlorāta tablešu izmēram un biezumam ir neliela ietekme uz degšanas ātrumu, taču tā irietekmē blīvumu, sastāvu, daļiņu izmēru, un to var izmantot, lai pielāgotu vēlamo siltuma izdalīšanas profilu.

Cits izmantotais sastāvs ir cirkonijs ar bārija hromātu. Citā maisījumā ir 46,67% titāna, 23,33% amorfā bora un aptuveni 30% bārija hromāta. Pieejami arī 45% volframa, 40,5% bārija hromāta, 14,5% kālija perhlorāta un 1% vinilspirta un saistvielas acetāta.

Reakcijas, veidojot pirotehnisko kompozīciju intermetāliskus komponentus, piemēram, cirkoniju ar boru, var izmantot, ja ir vēlama darbība bez gāzes, nehigroskopiska uzvedība un neatkarība no apkārtējā spiediena.

Siltuma avots

Tā var būt tieša pirotehniskā sastāva sastāvdaļa, piemēram, ķīmiskajos skābekļa ģeneratoros šādu komponentu izmanto ar lielu oksidētāja pārpalikumu. Degšanas laikā izdalītais siltums tiek izmantots termiskai sadalīšanai. Attiecībā uz aukstu dedzināšanu kompozīcijas tiek izmantotas, lai radītu krāsainus dūmus vai izsmidzinātu aerosolu, piemēram, pesticīdus vai CS gāzi, nodrošinot vēlamā savienojuma sublimācijas siltumu.

Liesmas augstuma stabilizēšanai var izmantot kompozīcijas fāzes aizkavēšanas komponentu, kas kopā ar sadegšanas produktiem veido maisījumu ar vienu atšķirīgu fāzes pārejas temperatūru.

Materiāli

Pirotehniskās kompozīcijas parasti ir homogenizēti mazuļu maisījumidegvielas daļiņas un oksidētāji. Pirmie var būt graudi vai pārslas. Parasti, jo lielāks ir daļiņu virsmas laukums, jo lielāks ir reakcijas un sadegšanas ātrums. Dažiem nolūkiem tiek izmantotas saistvielas, lai pulveri pārvērstu cietā materiālā.

Degviela

Tipiski veidi ir izgatavoti uz metālisku vai metaloīdu pulveriem. Sastāvs var norādīt uz vairākiem dažādiem degvielas veidiem. Daži var kalpot arī kā saistvielas.

Metāls

Izplatītākās degvielas ietver:

• Alumīnijs ir visizplatītākā degviela daudzās maisījumu klasēs, kā arī degšanas nestabilitātes regulators. Augstas temperatūras liesma ar cietām daļiņām, kas traucē krāsvielu parādīšanos, reaģē ar nitrātiem (izņemot amoniju), veidojot slāpekļa, amonjaka un siltuma oksīdus (reakcija lēna istabas temperatūrā, bet vardarbīga virs 80 °C, var pašaizdegties).
• Magnalijs ir alumīnija un magnija sakausējums, kas ir stabilāks un lētāks nekā viens metāls. Mazāk reaģējošs nekā magnijs, bet vairāk uzliesmojošs nekā alumīnijs.
• Dzelzs - rada zeltainas dzirksteles, bieži lietots elements.
• Tērauds ir dzelzs un oglekļa sakausējums, kas rada sazarotas dzelteni oranžas dzirksteles.
• Cirkonijs - rada karstas daļiņas, kas ir noderīgas uzliesmojošiem maisījumiem, piemēram, NASA standarta iniciators, un degšanas nestabilitātes mazināšanai.
• Titāns - ražo karsto pirotehniku un savienojumus, palielinajutība pret triecieniem un berzi. Dažreiz tiek izmantots Ti4Al6V sakausējums, kas rada nedaudz gaišākas b altas dzirksteles. Kopā ar kālija perhlorātu to izmanto dažos pirotehniskajos aizdedzēs. Rupjais pulveris rada skaistas zarojošas zili b altas dzirksteles.
• Ferrotitāns ir dzelzs un titāna sakausējums, kas rada spilgtas dzirksteles, ko izmanto pirotehnikas zvaigznēs, raķetēs, komētās un strūklakās.
• Ferosilīcijs ir dzelzs un silīcija viela, ko izmanto dažos maisījumos, dažkārt aizstājot kalcija silicīdu.
• Mangāns - izmanto, lai kontrolētu degšanas ātrumu, piemēram, kompozīcijās ar aizkavi.
• Cinks - tiek izmantots dažos dūmu sastāvos kopā ar sēru, ko izmanto kā amatieru degvielu raķetēm, kā arī pirotehnikas zvaigznēs. Jutīgs pret mitrumu. Var spontāni aizdegties. Reti izmanto kā galveno degvielu (izņemot dūmu sastāvus), to var izmantot kā papildu sastāvdaļu.
• Varš - izmanto kā zilu krāsvielu kopā ar citām sugām.
• Misiņš ir cinka un vara sakausējums, ko izmanto dažās uguņošanas formulās.
• Volframs - izmanto, lai kontrolētu un palēninātu kompozīciju degšanas ātrumu.

Ir vērts atzīmēt, ka pirotehnisko kompozīciju veidošana ar savām rokām ir bīstami.