ترکیب پیروتکنیک: طبقه بندی، اجزا، کاربرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

ترکیب پیروتکنیک ماده یا مخلوطی از اجزا است که برای ایجاد اثری به شکل گرما، نور، صدا، گاز، دود یا ترکیبی از آنها در نتیجه واکنش‌های شیمیایی گرمازا خودپایدار طراحی شده است. بدون انفجار انجام شود. چنین فرآیندی به اکسیژن از منابع خارجی بستگی ندارد.

طبقه بندی ترکیبات پیروتکنیک

می توان آنها را بر اساس عمل تقسیم کرد:

• آتشین.
• سیگار.
• Dynamic.

دو گروه اول را می توان به انواع کوچکتر تقسیم کرد.

آتشین: روشنایی، سیگنال شب، ردیاب و مقداری آتش زا.

گروه دود شامل ترکیباتی برای سیگنال دهی در طول روز و پوشاندن (مه) است.

انواع اصلی مواد آتش‌زی

افکت فوق (نور، صدا و غیره) را می توان با استفاده از این اجزا ایجاد کرد:

• فلاش پودری - خیلی سریع می سوزد، انفجار یا انفجارهای درخشان ایجاد می کند.
• باروت - کندتر از پودر می سوزد، مقدار زیادی گاز از خود ساطع می کند.
• پیشران جامد - بخارهای داغ زیادی تولید می کند که به عنوان منابع انرژی جنبشی برای موشک ها و پرتابه ها استفاده می شود.
• آغازگرهای پیروتکنیک - مقادیر زیادی گرما، شعله یا جرقه داغ تولید می کنند که برای مشتعل کردن سایر ترکیبات استفاده می شود.
• شارژهای تخلیه - به سرعت می سوزند، در مدت زمان کوتاهی گاز زیادی تولید می کنند، برای رهاسازی محموله ها از ظروف استفاده می شود.
• بارهای منفجره - به سرعت می سوزند، در مدت کوتاهی مقدار زیادی گاز تولید می کنند، برای خرد کردن ظرف و ریختن محتویات آن استفاده می شود.
• ترکیب دود - به آرامی بسوزانید، مه (ساده یا رنگی) ایجاد کنید.
• قطارهای تاخیری - شعله های آتش با سرعت آرام ثابتی که برای ایجاد تاخیر در ذخیره آتش استفاده می شود.
• منابع حرارتی پیروتکنیک - مقدار زیادی گرما از خود ساطع می کنند و عملاً گازها را پخش نمی کنند، آهسته می سوزند و اغلب شبیه ترمیت هستند.
• جرقه زنی - جرقه های سفید یا رنگی تولید می کند.
• فلاش - آهسته می سوزد، مقدار زیادی نور ایجاد می کند، برای روشنایی یا سیگنال دهی استفاده می شود.
• ترکیب های آتش بازی رنگارنگ - جرقه های روشن، سفید یا چند رنگ ایجاد می کند.

برنامه

برخی از فناوری های ترکیبات و محصولات پیروتکنیک در صنعت و هوانوردی برای تولید حجم زیادی گاز (به عنوان مثال در کیسه های هوا) و همچنین در انواع مختلف استفاده می شود.بست ها و در موقعیت های مشابه دیگر. آنها همچنین در صنایع نظامی زمانی که مقادیر زیادی نویز، نور یا تشعشعات مادون قرمز مورد نیاز است مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، راکت های فریب، فلرها و نارنجک های شوکر. کلاس جدیدی از ترکیبات مواد واکنش پذیر در حال حاضر توسط ارتش در حال تحقیق است.

بسیاری از ترکیبات پیروتکنیک (به ویژه آنهایی که شامل آلومینیوم و پرکلرات هستند) اغلب به اصطکاک، شوک و الکتریسیته ساکن بسیار حساس هستند. حتی 0.1 تا 10 میلی ژول جرقه می تواند اثرات خاصی ایجاد کند.

باروت

این همان پودر سیاه معروف است. این اولین ماده منفجره شیمیایی شناخته شده است که از مخلوطی از گوگرد (S)، زغال سنگ (C) و نیترات پتاسیم (نمره، KNO 3) تشکیل شده است. دو جزء اول به عنوان سوخت عمل می کنند و سومی یک اکسید کننده است. باروت به دلیل خاصیت آتش زا و مقدار گرما و گازی که تولید می کند، به طور گسترده ای در ساخت محموله های پیشران در سلاح های گرم و توپخانه استفاده می شود. علاوه بر این، از آن در ساخت موشک، آتش بازی و وسایل انفجاری در معادن، معادن و راه سازی استفاده می شود.

شاخصها

باروت در قرن هفتم در چین اختراع شد و تا پایان قرن سیزدهم در بیشتر اوراسیا پخش شد. این پودر که در ابتدا توسط تائوئیست ها برای اهداف دارویی ساخته شد، در حدود سال 1000 پس از میلاد برای جنگ استفاده شد.

باروت به طبقه بندی می شودبه عنوان یک ماده منفجره کوچک به دلیل سرعت تجزیه نسبتاً آهسته و بریزانس کم آن.

قدرت انفجار

اشتعال باروت بسته بندی شده در پشت پرتابه فشار کافی ایجاد می کند تا پوزه را با سرعت بالا شلیک کند، اما آنقدر قوی نیست که لوله تفنگ را ترکاند. بنابراین، باروت سوخت خوبی است، اما به دلیل قدرت انفجاری کم، برای تخریب سنگ یا استحکامات کمتر مناسب است. با انتقال انرژی کافی (از ماده سوزان به جرم گلوله توپ و سپس از آن به هدف از طریق مهمات ضربه ای)، بمب افکن در نهایت می تواند دفاع مستحکم دشمن را تحت تأثیر قرار دهد.

باروت به طور گسترده ای برای پر کردن پوسته ها استفاده می شد و تا نیمه دوم قرن نوزدهم، زمانی که اولین مواد منفجره آزمایش شد، در پروژه های معدنی و مهندسی عمران استفاده می شد. این پودر به دلیل کارایی نسبتا کم (در مقایسه با جایگزین های جدیدتر مانند دینامیت و نیترات آمونیوم یا نفت کوره) دیگر در سلاح های مدرن و کاربردهای صنعتی استفاده نمی شود. امروزه سلاح های گرم باروتی عمدتاً به شکار و تیراندازی به هدف محدود می شود.

منبع حرارت پیروتکنیک

ترکیبات پیروتکنیک وسیله ای است بر پایه مواد قابل احتراق با جرقه زن مناسب. نقش آنها تولید مقدار کنترل شده گرما است. منابع پیروتکنیک معمولاً مبتنی بر اکسید کننده های سوختی شبه ترمیت (یا کندکننده ترکیب) با سرعت سوختن کم هستند.خروجی حرارت بالا در دمای مورد نظر و تشکیل گاز کم یا بدون گاز.

آنها را می توان به روش های مختلفی فعال کرد. کبریت برقی و کلاهک ضربه ای رایج ترین هستند.

منابع حرارتی پیروتکنیک اغلب برای فعال کردن باتری ها استفاده می شود، جایی که آنها برای ذوب الکترولیت استفاده می شوند. دو نوع اصلی طراحی وجود دارد. یکی از یک نوار فیوز (حاوی باریم کرومات و پودر فلز زیرکونیوم در کاغذ سرامیکی) استفاده می کند. ترکیبات دانه بندی حرارتی پیروتکنیک در امتداد لبه آن اجرا می شود تا احتراق را آغاز کند. نوار معمولاً با یک جرقه زن الکتریکی یا دوشاخه با استفاده از جریان شروع می شود.

طراحی دوم از یک سوراخ مرکزی در بسته باتری استفاده می کند که در آن یک جرقه زن الکتریکی با انرژی بالا مخلوطی از گازهای قابل احتراق و لامپ های رشته ای را آزاد می کند. طراحی با سوراخ مرکزی می تواند زمان فعال سازی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد (ده ها میلی ثانیه). برای مقایسه، توجه می کنیم که در دستگاه های دارای نوار لبه، این نشانگر صدها میلی ثانیه است.

فعال کردن باتری را می توان با یک پرایمر ضربه مانند تفنگ ساچمه ای نیز انجام داد. مطلوب است که منبع نوردهی بدون گاز باشد. به طور معمول، ترکیب استاندارد مخلوط های پیروتکنیک شامل پودر آهن و پرکلرات پتاسیم است. در نسبت های وزنی، اینها 88/12، 86/14 و 84/16 هستند. هر چه سطح پرکلرات بالاتر باشد، خروجی حرارت بیشتر است (به طور اسمی 200، 259 و 297 کالری در گرم). اندازه و ضخامت قرص های آهن پرکلرات تاثیر کمی بر سرعت سوختن دارد، اما این کار را می کندتأثیرات روی چگالی، ترکیب، اندازه ذرات و می‌تواند برای تنظیم پروفایل آزادسازی حرارت مورد نظر استفاده شود.

ترکیب دیگر استفاده شده زیرکونیوم با کرومات باریم است. مخلوط دیگری حاوی 46.67 درصد تیتانیوم، 23.33 درصد بور آمورف و حدود 30 درصد باریم کرومات است. همچنین 45٪ تنگستن، 40.5٪ کرومات باریم، 14.5٪ پرکلرات پتاسیم، و 1٪ وینیل الکل و استات بایندر موجود است.

واکنش‌ها برای تشکیل اجزای بین فلزی ترکیبات پیروتکنیک، مانند زیرکونیوم با بور، می‌توانند در مواقعی که عملیات بدون گاز، رفتار غیر رطوبت‌سنجی و استقلال از فشار محیط مورد نظر هستند، استفاده شوند.

منبع حرارت

می تواند بخشی مستقیم از ترکیب پیروتکنیک باشد، به عنوان مثال، در ژنراتورهای شیمیایی اکسیژن چنین جزء با مقدار زیادی اکسید کننده استفاده می شود. گرمای آزاد شده در حین احتراق برای تجزیه حرارتی استفاده می شود. با توجه به سوزاندن سرد، از ترکیبات برای تولید دود رنگی یا اسپری آئروسل مانند آفت‌کش‌ها یا گاز CS استفاده می‌شود که گرمای تصعید ترکیب مورد نظر را فراهم می‌کند.

جزء تاخیری فاز ترکیب، که همراه با محصولات احتراق مخلوطی را با یک دمای انتقال فاز مشخص تشکیل می دهد، می تواند برای تثبیت ارتفاع شعله استفاده شود.

مواد

ترکیبات پیروتکنیک معمولاً مخلوط‌های هموژنیزه کوچک هستندذرات سوخت و اکسید کننده ها اولی ممکن است دانه یا پولک باشد. به طور کلی، هر چه سطح ذرات بیشتر باشد، سرعت واکنش و احتراق بالاتر است. برای برخی از اهداف، از چسب برای تبدیل پودر به ماده جامد استفاده می شود.

سوخت

انواع معمولی بر پایه پودرهای فلزی یا متالوئیدی هستند. ترکیب ممکن است نشان دهنده چندین نوع مختلف سوخت باشد. برخی نیز می توانند به عنوان چسباننده عمل کنند.

فلزات

سوخت های رایج عبارتند از:

• آلومینیوم رایج ترین سوخت در بسیاری از کلاس های مخلوط و همچنین تنظیم کننده ناپایداری احتراق است. شعله با دمای بالا با ذرات جامد که در ظاهر رنگ‌ها اختلال ایجاد می‌کنند، با نیترات‌ها (به استثنای آمونیوم) واکنش می‌دهند و اکسیدهای نیتروژن، آمونیاک و گرما را تشکیل می‌دهند (واکنش در دمای اتاق آهسته، اما شدید بالای 80 درجه سانتی‌گراد، ممکن است خودسوخته شود).
• Magnalium یک آلیاژ آلومینیوم-منیزیم است که از یک فلز منفرد پایدارتر و ارزان تر است. واکنش کمتر از منیزیم، اما قابل اشتعال تر از آلومینیوم.
• آهن - جرقه های طلایی ایجاد می کند، عنصری که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد.
• فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که جرقه های شاخه دار زرد-نارنجی تولید می کند.
• زیرکونیوم - ذرات داغ را تولید می کند که برای مخلوط های قابل اشتعال، مانند آغازگر استاندارد ناسا، و برای سرکوب ناپایداری احتراق مفید هستند.
• تیتانیوم - مواد آتش زا و ترکیبات داغ تولید می کند، افزایش می دهد.حساسیت به ضربه و اصطکاک گاهی اوقات از آلیاژ Ti4Al6V استفاده می شود که جرقه های سفید روشن تری ایجاد می کند. همراه با پرکلرات پتاسیم، در برخی از جرقه زن های پیروتکنیک استفاده می شود. پودر درشت جرقه های آبی-سفید شاخه دار زیبایی تولید می کند.
• فروتیتانیوم یک آلیاژ آهن-تیتانیوم است که جرقه های درخشانی را ایجاد می کند که در ستاره های پیروتکنیک، موشک ها، دنباله دارها و فواره ها استفاده می شود.
• فروسیلیس یک ماده آهن-سیلیکونی است که در برخی از مخلوط ها استفاده می شود و گاهی اوقات جایگزین سیلیسید کلسیم می شود.
• منگنز - برای کنترل سرعت سوختن، به عنوان مثال، در ترکیبات با تاخیر استفاده می شود.
• روی - در برخی از ترکیبات دود به همراه گوگرد استفاده می شود که به عنوان سوخت آماتور برای موشک ها و همچنین در ستاره های آتش سوزی استفاده می شود. به رطوبت حساس است. ممکن است خود به خود مشتعل شود. به ندرت به عنوان سوخت اصلی استفاده می شود (به استثنای ترکیبات دود)، می توان از آن به عنوان یک جزء اضافی استفاده کرد.
• مس - به عنوان رنگ آبی با گونه های دیگر استفاده می شود.
• برنج آلیاژی از روی و مس است که در برخی از فرمول های آتش بازی استفاده می شود.
• تنگستن - برای کنترل و کاهش سرعت سوختن ترکیبات استفاده می شود.

شایان ذکر است که ساختن ترکیبات آتش نشانی با دستان خود خطرناک است.