Основы пиротехники (стр. 17 )

при горении магния в кислороде. . ~370

при горении магния на воздухе. . ~3400°С

при горении стехиометрической смеси Th(N03)4+Mg ~3100° С

Температура горения алюминия в кислороде, измеренная Квеллероном и Скартазяни при помощи яркостного пирометра, была найдена равной 3000—3300° С.

Из этого следует, что при горении порошков Mg и А1 может быть получена температура не выше чем 3000—3500° С. Получению более высокой температуры препятствует большая затрата тепла на испарение и частичное разложение оксидов этих металлов.

Рис. 6.3. Зависимость температуры горения простых веществ (элементов) в кислороде в К при атмосферном давлении от пппялкппого номеоа элемента.

Наиболее высокая температура при горении металлических порошков возникает при горении порошка циркония в кислороде.

Оценка ее при помощи термодинамических расчетов дает значение ~4900 К.

Предел температуры здесь определяется температурой кипения оксида ZrO2, равной ~4300° С (при атмосферном давлении).

Следовательно, возможность достижения очень высоких температур определяется не только высокой калорийностью горючего, но и предельно высокой температурой кипения, а также большой химической устойчивостью продуктов горения (оксидов металлов).

Температура горения титана в кислороде по приближенной оценке Гаррисона лежит в пределах 2950—3500° С.

Зависимость между температурой горения элементов в кислороде и порядковым номером элемента в периодической системе элементов показана на рис. 6.3.

В заключение еще раз заметим, что когда говорят о температуре пламени, то обычно подразумевают температуру в самой горячей зоне пламени.

Температуру горения дымовых составов, если она не выше 600° С, можно измерять кварцевыми ртутными термометрами, в которых ртуть находится под давлением. Необходимым условием получения значений, близких к истине, является малая скорость горения, чтобы термометр успевал достаточно прогреться.

Термопара хромель — алюмель может служить для измерения температуры до 1300° С. Для измерения температур до 1600° С можно воспользоваться термопарой Pt/Pt—Rh (температура плавления платины 1771° С).

Термопары W—Ir и W—Re могут быть использованы для измерения температур соответственно до 2100 и 2700° С, но при работе с ними надо учитывать, что они весьма чувствительны к воздействию окислительной среды.

Термопара Ir—Rh/Ir (40% Ir) градуируется и применяется для измерения температур до 2100° С с точностью ±10°. В течение ограниченного времени она может применяться и на воздухе.

При измерениях температуры горения при помощи термопар следует всячески стремиться к уменьшению их тепловой инерции. Близкие к действительности результаты можно получить, если провода термопары будут диаметром не более 50—100 мкм илд же будут использованы ленточки такой же толщины; инерция милливольтметра также должна быть по. возможности минимальной.

В зависимости от диаметра проводов термопары (неармированной) для 'состава красного дыма (краситель — родамин) были получены следующие значения:

диаметр проводов в мм.............................. 0,5...... 0,2..... 0,1

максимальная температура реакции в °С.... 338..... 697 ...837

Вероятно, истинная температура реакции в данном случае — порядка 900°.

При измерении температуры горения двух других смесей сигнальных дымов при помощи железо-константановой термопары с диаметром проводов 0,1 мм были получены данные:

смесь № 1 ....... 1080° С

смесь № 2 ....... 1000° С

Расчетным путем для этих смесей были получены значения:

смесь № 1 ... .... 1262° С

смесь № 2 ....... 1070° С

Хилл и Саттон при помощи термопар исследовали температуру горения двойных смесей, изменяя соотношения между компонентами. Результаты этой работы показаны на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Максимальная температура при горении смесей, измеренная термопарой Pt — Pt/Rh:

% горючего в двойной cмecu

/—ВаО2+Мо; 2-КМп04+Мо; 3— BaO2+S; 4—BaO2+Fe; 5—KMnO4+ +Fe; 6—K2Cr2Oi+Fe

§ 7. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАЗНАЧЕНИЕМ СОСТАВА И ТЕМПЕРАТУРОЙ ГОРЕНИЯ

На основании имеющегося экспериментального материала можно заключить, что существует определенная. связь между назначением составов и максимальной температурой их горения (в°С):

фотоосветительные..... 2500—3600

осветительные и трассирующие. . 2000—2500

зажигательные (содержащие окислитель) . ....... 2000—3500

составы ночных сигнальных огней. 1200—2000

дымовые.............. 400-1200

ГЛАВА VII

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СОСТАВОВ

Начальный импульс — это количество энергии, необходимое для возбуждения реакции горения (для взрыва) в пиротехническом составе.

Чем это количество энергии будет меньше, тем чувствительнее к внешним воздействиям будет состав.

Возбудить быструю реакцию, в пиротехническом составе можно, применяя различные виды энергии: тепловую, механическую, электрическую и др.

Для получения нормального эффекта при действии пиротехнических составов в большинстве случаев пользуются тепловым начальным импульсом (луч огня, стопин, воспламенительные составы); только при работе с фотосмесями и некоторыми зажигательными составами применяют иногда в качестве инициаторов взрывчатые вещества, т. е. используют комбинированное действие на состав механического и теплового импульсов и этим сознательно вызывают взрыв в пиротехническом составе.

Испытания составов на чувствительность проводятся с целью установить:

1) правильные приемы их изготовления и такие условия хранения, которые гарантировали бы отсутствие воспламенения или взрыва;

2) способ воспламенения, который обеспечил бы получение требуемого специального эффекта.

Испытания заключаются в определении температуры самовоспламенения и чувствительности к лучу огня, удару, трению. Реже проводятся испытания: на воспламеняемость от специальных воспламенительных составов и от воздействия лучистой энергии; на чувствительность к прострелу пулей (обычной или зажигательной).

Каждый пиротехник-экспериментатор должен при выборе компонентов отдавать себе отчет, какую чувствительность будет иметь создаваемый им новый состав; во многих случаях это в общих чертах можно предвидеть еще до проведения испытаний.

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ТЕПЛОВЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

Определение температуры самовоспламенения

Температурой самовоспламенения называется та наименьшая температура, до которой должен быть нагрет состав, для того чтобы произошло его самопроизвольное загорание, сопровождающееся отчетливо воспринимаемым световым, звуковым или дымовым эффектом.

Температура самовоспламенения для одного и того же состава не является вполне постоянной величиной, но в некоторой степени зависит от условий испытания; поэтому при испытании строго регламентируют навеску состава, конструкцию прибора и скорость нагрева.

Ряд испытаний, проводимых при различных температурах, каждый раз с новыми навесками состава, дает возможность установить с точностью до 5° С минимальную температуру, ниже которой самовоспламенения не происходит.

ЕСЛИ температура самовоспламенения состава выше 400— 450° С, то достаточно определить ее с точностью ±10 С.

Температура самовоспламенения двойных смесей с окислителем —хлоратом калия (табл. 7. 1) —в большинстве случаев значительно ниже температуры самовоспламенения перхлоратных или нитратных смесей (с теми же горючими).

Таблица 7.1 Температра самовоспламенения стехиометрических двойных смесей

Температура самовоспламенения в °С
Окислитель	Горючее
Сера	Молочный сахар	Древесный уголь	Магниевый порошок	Алюминиевая пудра
Хлорат калия... Перхлорат калия. . . Нитрат калия....	220 560 440	195 315 390	335 460 415	540 460 565	785 765 >890

Исключением являются двойные смеси, содержащие порошки горючих металлов.

Эллерм делит пиротехнические горючие (без добавления к ним окислителя) на три группы в зависимости от значения их температуры самовоспламенения, а именно: I. 200—350°, II. 350—600°. III. >700°C.

К первой группе он относит Zr, Ti, Р красн, S, Th, Nb и Та; ко второй группе — Mg (520—540° С), Mn (492° С), сульфиды сурьмы и мышьяка, возможно, цинк и силицид кальция; к третьей группе—только алюминий. Очевидно, чем ниже температура воспламенения горючего, тем будет ниже и температура самовоспламенения состава, изготовленного с использованием этого горючего.

В табл. 7.2 приводятся данные о температуре самовоспламенения различных пиротехнических составов.

Таблица 7.2

Температура самовоспламенения пиротехнических смесей [117; 96]

Смесь	Соотношение компонентов в вес. %	»С
Zr - Fe2O3- Si02	65-25-10 25—75 ----- 50—20—30 12—88 20—80 20—80 ----- 15—10—75 14—86 32—68 18-82 W—27—63 Zr/Ni 26—54 Мп 33—44 10—90 5—95 или 30% Zr;	300 370 493 540 570 600 620 310 445 460 510 265 430 495 380 520 685 700
B—KNO3
Mg -(C2F4)n
Si - Pb02- CuO
Mg—BaO2
Mg - PbO2
Mg - PbCr04
Дымный порох
Идитол - Mg - КNНОз
Идитол - NaNO3
Mg-Ba(N03)2
Se—BaO2
W - BaCr04- КС1СO4
Zr/Ni-BaCr04-КС104
Мп— BaCr04— PbCr04
В—BaCr04 .............. . .
В—BaCr04 ................
Примечание. Zr/Ni-сплавы содержат 70, 50 или 30% Zr, онипассивируются раствором Na2Cr2O7.

Определение чувствительности к лучу огня