Основы пиротехники

5,9

10

Li

10,25

5,12

Са

3,8

6

С (графит)

7,86

17,3

Ti

4,6

20

Fe

1,8

14

Zr

2,9

18

Mn

1,7

12

В

14,0

33

Zn

1,3

9

Si

7,4

18

Из таблицы 3 видно, что тяжелые металлы, например, Zr и W имеют объемную калорийность, сравнимую с алюминием и значительно большую чем у магния. Наибольшее количество тепла, как при сгорании за счет кислорода воздуха, так и при сгорании за счет кислорода окислителя, выделяют бериллий, алюминий, бор, магний, кремний, титан, фосфор, углерод, цирконий. Из них наиболее высокую температуру при горении должны развивать цирконий, алюминий, магний. Основным металлическим горючим в пиротехнике считается алюминий, второе место по употребимости занимает магний. Бериллий применяется в основном в составах ракетного топлива и является эффективным, но слишком дорогим горючим. Перспективными горючими являются цирконий, титан, однако, мелкодисперсный цирконий является опасным веществом, воспламеняющимся иногда даже при комнатной температуре и обычно применяется в быстрогорящих составах, например, имитационных, а также в безгазовых и воспламенительных составах. Большим достоинством циркония является малое количество кислорода, расходуемое на его горение (смотри таблицу 4), и в связи с большой плотностью циркония объемная калорийность его смеси с окислителем значительна, что позволяет применять его в таких малогабаритных изделиях, в которых применение других горючих было бы менее эффективно. Титан при температуре горения легко реагирует не только с кислородом, но и азотом воздуха, образуя нитрид титана, что может несколько улучшить сгораемость пиротехнических смесей на основе титана при недостатке в смеси окислителя и затрудненности подвода свежего воздуха, необходимого для дожигания.

Таблица 4. Физико-химические свойства горючих простых веществ

и их окислов

Горючее

Удельный вес

Температура воспламенения порошка на воздухе [°С]

Температура [°С]

Кол-во горючего, сгорающего за счет 1 г кислорода

Формула окисла

Температура [°С]

плавления

кипения

плавления окисла

кипения окисла

Бериллий

1,8

>800

1284

2970

0,56

BeO

2520

(3900)

Алюминий

2,7

>800

660

~2400

1,12

AI₂O₃

2050

2980

Литий

0,5

180

179

1380

0,87

Li₂O

>1570

~2600

Магнии

1,7

550

651

1100

1,52

MgO

288

(~3600)

Титан

4,5

610

1800

~3000

1,5

TiO₂

1800

<3000

Бор (кристалл)

2,3

>900

2300

2550

0,45

B₂O₃

размягчается при

800 -1000

1860

Кальций

1,5

~600

849

1487

2.5

CaO

2572

2850

Кремний

2,3

>900

1490

~2400

0,88

SiO₂

1710

2230

Углерод (графит) до СО₂

2,2

—

>3000

—

0,38

CO₂

газ

—

Углерод до СО

2,2

—

>3000

—

0,75

CO

газ

—

Фосфор (красный)

2,2

260

~660

—

0,78

P₂O₅

563

—

Цирконий

6,5

~400

1860

>2900

2,85

ZrO₂

2700

(4300)

Цинк

7,1

~500

419

906

4,09

ZnO

1975

—

Железо

7,9

>500

1539

~2740

2,33

Fe₂O₃

1565

—

Сурьма

0,7

>600

630

1640

5,07

Sb₂O₃

635

1570

Сер

2,1

230

118

441

1,00

SO₂

газ

—

Температура воспламенения порошков металлов в большой степени зависит от размеров и формы(сферическая, чешуйчатая и другие) частиц порошка, а также плотности и толщины покрывающей частицы окисной пленки. Например, цирконий при размере частиц 2...5мкм может самовоспламеняться при незначительных воздействиях, поэтому он перевозится и насколько возможно обрабатывается под водой.

В пиротехнике в качестве горючего применяются сплавы металлов. Перспективен и употребляется сплав магний-алюминий с 54% магния. Сплав представляет собой интерметаллическое соединение, достаточно коррозионно стоек и обладает большой хрупкостью, что дает возможность легко его измельчать. Сплавы магния с алюминием, содержащие 85...90% магния, получили название «электрон» и применяются для изготовления оболочек зажигательных бомб.

В тех случаях когда не требуется большого выделения тепла, в качестве горючих металлов применяются железо, цинк, сурьма, кадмий, хотя окислы последних трех металлов либо канцерогенны либо ядовиты. Применение бора в пиротехнических составах достаточно проблематично из-за некоторых его физико-химических параметров и, главным образом, большого объема, образующегося при его сгорании окисла (B₂O₃). При горении частицы бора покрываются толстым слоем окиси, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к еще не полностью сгоревшим частицам и горение прекращается. Интересно отметить, что в виде тонкой проволоки бор сгорает хорошо. Несмотря на недостатки горения бор применяется в некоторых составах, например, воспламенительных. В ракетных составах часто применяются гидриды бора.