Шидловский. Основы пиротехники. А. А. Шидловский основы пиротехники издание четвертое, переработанное и дополненное
 Скачать 2.26 Mb.
|
§ 2. ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Надежность работы ракетного двигателя в значительной степени зависит от наличия эффективной системы воспламенения. Воспламенители на основе черного пороха оказались непригодными для воспламенения смесевых или баллиститных порохов. ВХотя в принципе газогенерирующее действие могут оказывать и нитроцеллюлозные пороха, но существуют и созданные специально для этой цели пиротехнические составы. В качестве основных компонентов в них часто используют высокоазотистые «полувзрывчатые» вещества, не дающие твердого остатка при своем сгорании. В качестве таких веществ в литературе указываются нитрат аммония, нитрат гуанидина и нитрогуанидин. Некоторые свойства этих веществ приведены ниже (табл. Л. Таблица 20.1 Свойства Аммония нитрат, Гуанидиннитрат CNH(NH2)2*HNO, Нитрогуанидин CNH(NH2) 2NH*N02 Азот, %...... Молекулярный вес . . Плотность, г/см3 . . Температура плавле- Теплота образования, ккал/моль . : . . . Теплота разложения, Объем газов при разложении, л/кг . . Примечание. I ккал кДж. 46 122 1.4 91.2 83.7 920 54 104 1.72 230 21.9 94.7 860 В табл. 20.2 приводятся заимствованные из книги [117] рецепты составов с указанными выше веществами. Однако в работе [78] сообщается, что ни бездымные коллоидные пороха, ни смесевые пороха на основе NH4NОз не удовлетво- Таблица 20.2 Высокоазотные газогенераторные составы поданным в процентах № состава NHiNO, Нитрогуанидин Бихромат аммония Прочие вещества 1 78 6 KN03—9 (NH4)2C2O4-7 2 72 — 8 NaN03—16 NH4C1—4 3 68 14 9 Дициандиамид—9 4 — (94) — CU20—5,5 V2O5—O.5 5 — 80 — К Примечание. В скобках дан нитрат гуанидина. 244 содержащая 74% NH4C104, 26% органических веществ, имела плотность 1,63 г/см3, температуру горения 1230° С, при 70 кгс/см2 горела со скоростью 2,7 мм/с, удельный импульс ее 200 с. Дигидроксилглиоксим (СОН) ОН — монотопливо с низкой температурой горения. Теплота его образования 136 ккал/моль (570 кДж/моль); он малорастворим вводе и не гигроскопичен. Продукты его разложения C2H404N2—>2H2O + СО + N2 имеют малый молекулярный вес. Описание различных газогенераторных патронов можно найти в работах [23, 14]. § 4. ПРОЧИЕ ВИДЫ СОСТАВОВ Известны также пиротехнические составы, использующиеся для различных специальных целей. Иногда они по своим рецептам довольно близки к зажигательным, осветительным или к другим уже описанным видам составов в других же случаях специальное их назначение определяет и необходимость создания нового рецепта. Чаще других для специальных целей применяют имитационные и свистящие составы. Имитационными составами снаряжают различные учебные пиротехнические изделия. При действии последних должен создаваться внешний эффект, сходный с эффектом настоящих боевых изделий. Имитационные изделия не обладают поражающим действием: это достигается изготовлением их оболочки из картона или других подобных материалов. Некоторые имитационные изделия должны давать при своем действии сильный звук, сходный со звуком разрыва фугасного снаряда или другого объекта желательно, чтобы действие имитационных изделий сопровождалось образованием дыма, сходного по цвету с дымом, образующимся при взрыве ВВ. Для получения звукового эффекта имитационные изделия снаряжают зерненым порохом или смесью перхлората калия с алюминиевой пудрой. В частности, для этой цели может быть использован состав из 70% КС104 и 30% А. Такой состав в неуплотненном виде при воздействии на него обычного теплового импульса сгорает почти мгновенно с сильным звуковым эффектом и световой вспышкой, образуя при этом белый дым. Имитационные составы, выделяющие при своем сгорании серый или черный дым, содержат богатые углеродом органические соединения (нафталин, антрацен и т. п. Известны также имитационные изделия, выделяющие при своем действии цветной дым; они применяются при маневрах для условного обозначения химических или зажигательных снарядов или бомб, взрыва минных полей и т. п. Для снаряжения этих изделий употребляют обычные составы цветных дымов, для замедления горения иногда добавляют в состав некоторое количество древесных опилок. Свистящие составы. Такой эффект можно получить от состава, содержащего 75% хлората калия и 25% галловой кислоты С6Н2(ОН)з*СООН. Звуковой эффект объясняется большой скоростью горения состава. Свист при горении дают также омеси [117] хлоратов калия или бария с фенольными производными 245 КNОз), слишком опасны в обращении. Известно, что частота звуковых колебаний, получаемая при горении этих составов, тем меньше, чем больше длина трубки (картонной, в которую запрессован состав. Вместе стем частота колебаний тем больше, чем больше скорость горения состава. ГЛАВА ПРИМЕНЕНИЕ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ Использование пиросоставов в промышленности, сельском хозяйстве, в космосе, в научно-исследовательских работах, при киносъемках, а также припуске салютов и фейерверков становится с каждым годом все более значительными более разнообразным. Пиротехнические составы, используемые для мирных целей, можно разделить на две категории 1) составы, назначением которых является получение в качестве продуктов горения твердых или газообразных (простых или сложных) химических веществ 2) составы, а которых используется выделяющаяся при их горении энергия — тепловая, световая или механическая. § 1. СОСТАВЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИКАТОВ Термитные составы находят в настоящее время большое и разнообразное применение. Их используют для получения целого ряда безуглеродистых металлов, в том числе Ti, V, С г, Мn, Сои др. Еще большее значение имеет способ получения металлотермическим методом ферросплавов [66, 76]. В том случае, когда получение металла при помощи алюми-нотермической реакции затруднительно, используются следующие варианты для ее осуществления 1. Добавляют более активные окислители к низшему окислу, например, хроматы к окиси хрома. 2. Добавляют сильные окислители, увеличивающие тепловой эффект реакции и облегчающие протекание процесса, например BaO2, PbO2, КСl3 и др. 3. Добавляют к алюминию другие сильные восстановители, например Са, Mg, CaSi2 и др. 4. Процесс проводится при предварительном подогреве (в печи. Этот вариант рекомендуется для получения титана и циркония при восстановлении их из оксидов при помощи магния Ниобий и тантал могут быть получены восстановлением их сульфидов порошком алюминия. Разделение продуктов реакции достигается испарением А при температуре, большей, чем 1550° СВ результате процессов горения могут быть получены также бориды, карбиды и нитриды тяжелых тугоплавких металлов (Zr, Mb, Таи др. Это может быть осуществлено при непосредственном взаимодействии металлов с бором, углеродом или жидким азотом, протекающем в форме горения. 246 2NаСlO3=2NaС1+3O2+24 ккал (101 кДж, то для повышения теплового эффекта (это необходимо для обеспечения устойчивости горения) к нему добавляют небольшое количество горючего. Необходимо иметь в виду, что при сгорании смеси не должно образоваться токсических газов (примесь небольшого количества СО, по-видимому, является допустимой. Часто в качестве горючего используется порошок железа образующаяся при его горении окись железа Fe2О3 является хорошим катализатором для разложения хлоратов. В литературе [96] приводятся такие рецепты NаСlO3 — 74— 80%, Fe—10%, стеклянное волокно — 12—6%; ВаO2 добавляется для того, чтобы избежать при горении выделения свободного хлора. В [118] сообщается, что рецепт NaClO3—92%, ВаO2—4°/о, стальная вата, дает в газах менншее содержание хлора (<0,5 промилей), чем указанный выше. В [117] имеются и рецепты, дающие большее количество кислорода, чем составы с NaClO3, а именно — 84,9%, Li2O2 — 4,2%, М (порошок) 10,9%; кислорода образуется 49% от первоначального веса состава. Там же имеются и указания о возможности применения для регенерации воздуха в герметических противогазах супероксидов калия и натрия, К и, а также озонида калия — КО. Для обеззараживания теплиц и овощехранилищ используется сернистый газон образуется при горении безоболочных шашек, в состав которых входят сера — 75%, KNO3—17% и диатомит разрыхлитель и катализатор горения. Состав этот имеет резко отрицательный кислородный баланс и нуждается вовремя горения в свободном доступе воздуха. Из газообразных веществ, кроме О ив качестве продуктов горения могут еще быть получены водород, галогены (в том числе и фтор, дициан, азот, закись азота N2O и др. Для образования водорода используется омесь, получившая название гидрогенита. В результате реакции горения Si+Ca(OH)2+2NaOH=Na2Si03+CaO+2H2 она дает от 270 дол Н на 1 кг смеси. Галогены могут быть получены в результате термического разложения галогенидов тяжелых металлов. Аналогичным путем, судя по сообщению [117], образуется и дициан. Азот, судя по литературным данным, может быть получен в результате реакции NaN02+NH4Cl=N2+NaCl+2H20nap+52 ккал (218 кДж, однако получаемый азот содержит в качестве примеси некоторое количество оксидов азота. Устойчивость при хранении сухой смеси солей может быть повышена введением в нее добавки оксидов щелочноземельных металлов [117]. Известно, что термическое разложение нитрата аммония при низкой температуре .(200— 240° С) протекает преимущественно с образованием закиси азота 247 — 10—25% и графит (или индустриальное масло) 1,5—2%. В составы, относящиеся ко второму варианту, входят порошок свинца и иодосодержащие вещества — NH4J, С (йодоформ) или C6J4O2 (иоданил). К этим веществам добавляется термическая смесь из горючего и окислителя идитол + NH4C1O4. В качестве примера можно привести состав, состоящий из следующих компонентов Pb—20—25%, NH4J—25—34%, NH4C1O4—20—30%, смола (идитол) — 10—20%. Дымовые составы, содержащие инсектисидные вещества (или образующие их в процессе горения, широко используются для борьбы с вредными насекомыми. Этими составами снаряжаются дымовые шашки. Состав содержит токсическое вещество и термическую смесь, при горении которой осуществляется возгонка токсического вещества. В качестве окислителя используется чаще всего КСlO3, в качестве горючего — антрацен, дициандиамид (ДЦДА), уротропин и др. Из токсикантов используются гексахлоран (гексахлорциклогексан, сокращенно ГХЦГ), гексахлорэтан С2С1в, ДДТ и др. В качестве примера приведем состав ГХЦГ — о, КСЮз — 23— 26%, NH4C1 — 9 —12%, антрацен — о, ДЦДА — 4—6%. Известны также фунгицидные составы (от лат. фунгус — гриб. Эти смеси содержат вещества, применяющиеся для борьбы с грибными, бактериальными и вирусными заболеваниями растений. Приведем рецепт следующего состава (в »/о): дихлорнафтохинон — 58, КСlO3 — 22, NH4C1—10, ДЦДА—5 и антрацен. Разработаны также акарицидные дымовые составы (акарициды — это химические средства борьбы с клещами. Например, состав, в который входят (в %) тедион технический — 50, К, ДЦДА — 30. Дымообразование этого состава беспламенное, температура горения около УС) Дымовые составы используют также для защиты садов (в особенности, цитрусовых) от заморозков. В 1958 г в СССР для создания натриевого облака в высших слоях атмосферы были использованы термитные смеси, содержащие металлический натрий. Фотометрические наблюдения за скоростью диффузии натриевого облака использовались для определения плотности атмосферы. При горении термита натрий испарялся и пары его выбрасывались через выхлопное отверстие в цилиндре. По сообщению [145, стр. 4,25], литиевые облака имеют преимущество перед натриевыми в том, что их можно фотографировать при дневном овете, если пользоваться фильтрами с малым интервалом пропускания (narrow—band). В более поздних работах появились сообщения, что для исследования высших слоев атмосферы (150—200 км) использовались облака, полученные при испарении бария или стронция 249 Ba(NO3)2+6Mg и Sr(N03)2+6Mg, но лучшие результаты были получены при использовании термической смеси СиО+1, 2/3Ва=Си+ВаО+2/3Ва пар, в которой было добавлено несколько процентов овязующего (силиконы, коллодий. При горении такой смеси выделялось 0,34 ккал/.г .(1,42 кДж/г). Общее время горения смеси в контейнере с соплом не превышало 2 с. Водном из опытов для создания бариевого облака на высоте 170 км было использовано 48 кг смеси. Через 1—2 мин после создания облака пары бария разделились на два облака одно нейтральное, состоящее из ВаО, другое — из ионизованной плазмы. Аэрозоли применяют для исследования воздушных потоков в различных установках при научно-исследовательских работах. Дымовые составы используют и при съемке кинофильмов. В работе [167] указывается, что причиной горных снежных лавин частично можно считать сублимацию нижних слоев снега, сопровождающуюся образованием слабых хрупких снежных кристаллов. Малые количества (несколько г. нам) органических веществ, имеющих длинные углеродные цепи 2-октанол, а также бензальдегид или га- гептальдегид вызывают образование твердого донного слоя снега. Эффективность таких экспериментов пока еще окончательно не установлена. Однако вероятно, что пирохимическое распыление химикатов при помощи гранат или артиллерийских снарядов еще до первого снегопада в те места, где возможно образование снежных сугробов, было бы целесообразно. Тепло, выделяющееся при горении пиросоставов, используется непосредственно для 'многих целей. Вовремя второй мировой войны на фронте для подогрева пищевых консервов использовались термитные составы, помещаемые в металлическом патроне внутрь консервной банки (возможна также конструкция с двойным дном. В случае необходимости термитные составы могут быть использованы для подогрева воды, разогрева паяльников, расплавления припоя заклепочных болтов и других целей. В.некоторых случаях полезно применение термита и для борьбы с ледяными заторами. Для уменьшения усадки и предотвращения образования раковин при разливке стали в изложницы в верхнюю ее часть поверх жидкого металла засыпают пиросостав, содержащий 70% FeSi( 1/3), 10% алюминиевого порошка и 20% NaNO3. Имеются сообщения, что пиротехническая омесь ,(CsC104+Al) может быть использована для получения цезиевой плазмы [153]. Для подкачки лазеров используется высококалорийная и высокотемпературная пиротехническая смесь Zr — 43%, КС1O4- 57%. Составы цветных огней широко используют при киносъемках. Съемка фильмов немыслима сейчас без применения пиротехнических средств. Различные пиротехнические сигнальные средства нашли применение в морском и речном флоте, на воздушном и железнодорожном транспорте. |