Piroteknik kompozisyon - Pyrotechnic composition

Bir piroteknik bileşim , patlayıcı olmayan, kendi kendine devam eden ekzotermik kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak, ısı, ışık, ses, gaz/duman veya bunların bir kombinasyonu ile bir etki yaratmak üzere tasarlanmış bir madde veya maddeler karışımıdır . Piroteknik maddeler, reaksiyonu sürdürmek için dış kaynaklardan gelen oksijene güvenmezler.

Temel piroteknik bileşim türleri şunlardır:

  • flaş tozu – çok hızlı yanar, patlamalar ve/veya parlak ışık parlamaları üretir
  • barut - flaş tozundan daha yavaş yanar, büyük miktarda gaz üretir
  • katı iticiler - roketler ve mermiler için kinetik enerji kaynağı olarak kullanılan büyük miktarda sıcak gaz üretir
  • piroteknik başlatıcılar - diğer bileşimleri tutuşturmak için kullanılan büyük miktarda ısı, alev ve/veya sıcak kıvılcım üretir
  • gaz jeneratörleri - kısa sürede yüksek hacimli (çoğunlukla katı iticiler kullanan aktüatörler ve ejeksiyon ücretleri için) veya kontrollü akış hızı (örneğin , genellikle termit benzeri bileşimler kullanan kimyasal oksijen jeneratörleri ) büyük miktarda gaz üretir.
  • fırlatma ücretleri - hızlı yanar, kısa sürede büyük miktarda gaz üretir, yükleri konteynerlerden çıkarmak için kullanılır
  • patlama şarjları - hızlı yanar, kısa sürede büyük miktarda gaz üretir, bir kabı parçalamak ve içeriğini çıkarmak için kullanılır
  • duman bileşimleri – yavaş yanar, duman üretir , düz veya renkli
  • gecikme bileşimleri - ateşleme trenine gecikmeler eklemek için kullanılan sabit yavaş hızda yanar
  • piroteknik ısı kaynakları - büyük miktarda ısı üretir ve çok az gaz üretir veya hiç gaz oluşturmaz, yavaş yanan, genellikle termit benzeri bileşimler
  • maytaplar – beyaz veya renkli kıvılcımlar üreten
  • parlamalar – yavaş yanar, yüksek miktarda ışık üretir, aydınlatma veya sinyalizasyon için kullanılır
  • renkli havai fişek kompozisyonları - hafif, beyaz veya renkli üretin

Bazı piroteknik bileşimler, gaz jeneratörlerinde (örneğin hava yastıklarında ), piroteknik bağlantı elemanlarında ve diğer benzer uygulamalarda büyük hacimli gazların üretilmesi için endüstride ve havacılıkta kullanılır . Ayrıca, büyük miktarda gürültü, ışık veya kızılötesi radyasyon üretimi gerektiğinde askeri pirotekniklerde kullanılırlar; örneğin füze tuzak fişekleri , flaş tozları ve sersemletici bombalar . Yeni bir reaktif malzeme bileşimi sınıfı şu anda ordu tarafından araştırılıyor.

Pek çok piroteknik bileşim – özellikle alüminyum ve perkloratları içeren – genellikle sürtünmeye, darbeye ve statik elektriğe karşı oldukça hassastır . 0.1-10 milijoule kadar küçük bir kıvılcım bile belirli karışımları tetikleyebilir .

Kullanılan malzemeler

Piroteknik bileşimler genellikle küçük yakıt ve oksitleyici parçacıklarının homojenleştirilmiş karışımlarıdır. Parçacıklar taneler veya pullar olabilir. Genel olarak, parçacıkların yüzey alanı ne kadar yüksek olursa, reaksiyon hızı ve yanma hızı o kadar yüksek olur. Bazı amaçlar için, tozu katı bir malzemeye dönüştürmek için bağlayıcılar kullanılır.

yakıtlar

Tipik yakıtlar, metal veya metaloid tozlara dayanır . Bir flaş tozu bileşimi, birden fazla farklı yakıt belirtebilir. Bazı yakıtlar ayrıca bağlayıcı görevi görebilir. Yaygın yakıtlar şunları içerir:

  • metaller
    • Alüminyum - birçok karışım sınıfında en yaygın yakıt, aynı zamanda bir yanma kararsızlığı bastırıcıdır. Karbondan daha az kütle başına enerji, ancak daha az gaz oluşumu, reaksiyon karışımında ısıyı tutar. Alev renklendiricilerine müdahale eden katı parçacıklara sahip yüksek sıcaklıkta alev. Amonyum nitrat hariç nitratlarla reaksiyona girerek nitrojen oksitler, amonyak ve ısı verir (reaksiyon oda sıcaklığında yavaştır, ancak 80 °C'nin üzerinde şiddetlidir ve kendiliğinden tutuşabilir); reaksiyon zayıf bir asit, örneğin borik asit tarafından engellenebilir . Alkali maddeler tarafından aşındırılır. Pul parçacıkların tutuşması daha kolaydır ve küresel olanlara göre piroteknik için daha iyidir. Nem varlığında potasyum klorat ve perklorat ile reaksiyona girerek hidrojen verir. Gerekli yanma hızına göre seçilen partikül boyutu.
    • Magnezyum – alüminyumdan daha hassas ve şiddetlidir, depolamada kendiliğinden tutuşma olasılığını artırır. Alev sıcaklığını artırmak için havai fişeklerde kullanılır. Alev rengine alüminyumdan daha az müdahale.
    • Magnalium – alüminyum-magnezyum alaşımı, magnezyumdan daha kararlı ve daha ucuz; magnezyumdan daha az reaktif, tutuşması alüminyumdan daha kolay
    • Demir - sık kullanılan altın kıvılcımları yapar
    • Çelik - bir demir ve karbon alaşımı, dallara ayrılan sarı-turuncu kıvılcımlar yapar
    • Zirkonyum – ateşleme karışımları için iyi olan sıcak parçacıklar üretir, örneğin NASA Standart Başlatıcı , ayrıca bir yanma kararsızlığı bastırıcı
    • Titanyum – sıcak parçacıklar üretir, darbe ve sürtünmeye karşı hassasiyeti artırır; bazen biraz daha parlak beyaz kıvılcımlar veren Ti4Al6V alaşımı kullanılır; potasyum perklorat ile birlikte bazı piroteknik ateşleyicilerde kullanılır ; kaba toz güzel dallanan mavi-beyaz kıvılcımlar üretir
    • Ferrotitanium - demir-titanyum alaşımı, piroteknik yıldızlarda, roketlerde, kuyruklu yıldızlarda ve fıskiyelerde kullanılan parlak sarı-beyaz kıvılcımlar üretir
    • Ferrosilisyum - bazı karışımlarda kullanılan demir-silikon alaşımı, bazen kalsiyum silisidin değiştirilmesi
    • Manganez – yanma oranlarını kontrol etmek için kullanılır, örneğin geciktirme bileşimlerinde
    • Çinko – bazı duman bileşimlerinde , bazı erken amatör roket yakıtlarında ve ayrıca piroteknik yıldızlarda kullanılan kükürt ile birlikte kullanılır; ağır, çinko bazlı bileşimler, yeterince yükseğe uçmak için ek kaldırma gerektirebilir; neme duyarlı; kendiliğinden tutuşabilir; duman bileşimleri dışında birincil yakıt olarak nadiren kullanılır, ikincil güçlendirici yakıt olarak karşılaşılabilir
    • Bakır – diğer yakıtlarla birlikte mavi renklendirici olarak kullanılır
    • Pirinç - bakır içeriği için mavi renklendirici olarak bazı havai fişek formüllerinde kullanılan bir çinko-bakır alaşımı
    • Tungsten - geciktirici bileşimlerde de bileşimlerin yanma oranlarını kontrol etmek ve yavaşlatmak için kullanılır
    • Zirkonyum- nikel alaşımı – bazı askeri geciktirme bileşimlerinde kullanılır
  • Metal hidritler ( saf metallerden daha düşük yanma ısısı , ancak suya karşı artan hassasiyet/reaktivite):
    • Titanyum (II) hidrit – potasyum perklorat ile birlikte bazı ateşleyicilerde kullanılır
    • Zirkonyum (II) hidrit – potasyum perklorat ile birlikte bazı ateşleyicilerde kullanılır
    • Alüminyum hidrit – depolama için kararsız (nem ile kolayca ayrışır) ve su ile temasında tehlikeli şekilde reaksiyona girer
    • Decborane – bazı roket yakıtları için denendi
  • metal karbürler
    • Zirkonyum karbür - bazı roket yakıtlarında kullanılır, ayrıca bir yanma kararsızlığı bastırıcıdır
  • metaloidler
    • Silikon – yüksek alev sıcaklığı, erimiş cam üreten yanıklar, genellikle kurşun tetroksit ile bazı ateşleme bileşimlerinde ve gecikme şarjlarında kullanılır
    • Bor - bazı ateşleme karışımlarında kullanılır
    • Antimon – bazı havai fişeklerde parıltı efektleri için kullanılır , zehirlidir, parlak beyaz yanar; genellikle 200–300 ağ gözü olarak kullanılır; potasyum nitrat ve kükürt ile beyaz ateş üretir
  • Metalik olmayan inorganik
    • Kükürt – tutuşturucu, yanma oranını artırır; kloratlarla kombinasyon halinde tehlikeli olan sıcaklığa, darbeye ve sürtünmeye karşı hassasiyeti artırır; nitratlarla yaygın olarak kullanılır; katkı maddesi olarak kullanılır; kalıntı asitler içerebilir, asit duyarlı bileşimlerde karbonatlar veya diğer alkalin stabilizatörleri ile kombinasyon tavsiye edilir
    • Kırmızı fosfor – özellikle kloratlarla kombinasyon halinde son derece tehlikelidir ( Armstrong'un karışımı ); kapaklarda kullanılır ; kibritlerde ve bazı askeri kızılötesi fişeklerde de kullanılır ; toksik
    • Beyaz fosfor - yanıcı silahlarda ve bazı askeri sis perdeleri yapımında kullanılır , havada kendiliğinden tutuşur; daha da zehirli
    • Kalsiyum silisit – bazı özel bileşimlerde kullanılır
    • Antimon trisülfid – tutuşturucu; ince toz hassasiyeti arttırır, selamların patlamasını keskinleştirir; zehirli ve statik elektriğe duyarlı; parlak beyaz ışık yayar, kristaller ayrıca parıltılı kompozisyonlarda ve beyaz kuyruklu yıldızlarda ve piroteknik yıldızlarda yakıt olarak kullanılır. Sürtünme ve darbeye karşı hassas; hassaslaşma derecesi oksitleyiciye bağlıdır (potasyum klorat ile sürtünmeye ve darbeye duyarlı, potasyum perklorat ile sürtünmeye, amonyum perklorat ile darbeye ve potasyum nitrattan herhangi birine karşı duyarsız).
    • Arsenik sülfür ( realgar ) – toksik, darbeye ve sürtünmeye duyarlı. Klorat ile az miktarda bile hassas olması nedeniyle rapor kompozisyonlarında kullanılır . Düşük kaynama noktasından dolayı sarı duman bileşimlerinde kullanılır .
    • Fosfor trisülfür - kibrit yapımında kullanılır
    • Kalsiyum fosfit - serbest bırakan fosfin bazı deniz kullanıldığında ıslak işaret fişekleri
    • potasyum tiyosiyanat
  • Karbon bazlı
    • Karbon
      • Kömür – sönük altın kıvılcımları çıkarır
      • Grafit – aynı zamanda , yakıtların alt katmanlarına radyasyon yoluyla ısı transferini önlemek ve ilgili patlamaları önlemek için roket yakıtlarında opaklaştırıcı olarak da kullanılır.
      • Karbon siyahı – havai fişeklerde uzun süreli ince altın kıvılcımları üretir, ayrıca roket yakıtlarında opaklaştırıcı olarak kullanılır
    • Asfalt - karbon bazlı yakıt, bağlayıcı olarak da kullanılır. Bazı formlar amonyak içerir; kloratlarla karıştırılmamalıdır.
    • odun unu
  • Organik kimyasallar
    • Sodyum benzoat - genellikle düdük karışımlarında potasyum perklorat ile birlikte kullanılır
    • Sodyum salisilat - bazı düdük karışımlarında kullanılır
    • Gallik asit – bazı düdük karışımlarında kullanılır; darbe ve sürtünmeye duyarlı, daha güvenli alternatifler var
    • Potasyum pikrat – bazı düdük bileşimlerinde kullanılır, gallik asitten daha güvenlidir ancak yine de tehlikelidir, ağır metallerle (örneğin kurşun) patlayıcı tuzlar oluşturur
    • Tereftalik asit – bazı duman bileşimlerinde bir yakıt
    • Heksamin – düşük reaktiviteli, yardımcı bir yakıt
    • Antrasen - bazı duman bileşimlerinde bulunan bir yakıt, siyah duman üretir
    • Naftalin - bazı duman bileşimlerinde bir yakıt
    • Laktoz – birçok duman bileşiminde potasyum klorat ile birlikte kullanılır; ucuz düşük reaktiviteli aksesuar yakıt
    • Dekstroz - bazı amatör katı roket yakıtlarında kullanılır
    • Sükroz - bazı duman bileşimlerinde kullanılır
    • Sorbitol - amatör katı roket yakıtı olarak potasyum nitrat ile birlikte kullanılır
    • Dekstrin - ayrıca bir bağlayıcı
    • Stearin , stearik asit – yardımcı yakıt, bazı bileşimlerde odun kömürü ve/veya sülfürün olası bir ikamesi; alevleri uzatır, sürtünme hassasiyetini azaltabilir; balgam yapıcı madde
    • Heksakloroetan - birçok askeri duman bileşiminde kullanılır
  • Organik polimerler ve reçineler, bazen bağlayıcı olarak da işlev görür

Metalik yakıtlar kullanıldığında metal partikül boyutu önemlidir. Daha büyük bir yüzey alanı-hacim oranı, daha hızlı bir reaksiyona yol açar; bu, daha küçük partikül boyutlarının daha hızlı yanan bir bileşim ürettiği anlamına gelir. Şekil de önemlidir. Erimiş metalin atomize edilmesiyle üretilenler gibi küresel parçacıklar istenmez. Metal folyonun öğütülmesiyle üretilenler gibi ince ve düz parçacıklar daha yüksek reaksiyon yüzeyine sahiptir ve bu nedenle daha hızlı reaksiyon istendiğinde idealdir. Kullanma nano partikülleri büyük ölçüde reaksiyon oranlarını etkileyebilir; yarı kararlı moleküller arası kompozitler bundan yararlanır.

Uygun bir metal yakıt, bir oksitleyici ile karıştırılmadan önce bile kendi başına tehlikeli olabilir. Piroforik metal tozlarının üretilmesini önlemek için dikkatli kullanım gereklidir .

oksitleyiciler

Perkloratlar , kloratlar ve nitratlar , flaş tozlar için en yaygın olarak kullanılan oksitleyicilerdir. Diğer olasılıklar arasında permanganatlar , kromatlar ve bazı oksitler bulunur . Genel olarak, oksitleyici ne kadar az olursa, yanma o kadar yavaş olur ve o kadar fazla ışık üretilir. Çok yüksek sıcaklıklarda kullanım için sülfatlar , çok güçlü indirgeyici yakıtlarla birlikte oksitleyiciler olarak kullanılabilir.

Kullanılan oksitleyiciler şunları içerir:

  • Perkloratlar (klor vericisi olarak da hizmet eder):
    • Potasyum perklorat - yaygın, nispeten kararlı. Neredeyse higroskopik değildir. Suda düşük çözünürlük. Yüksek sıcaklıkta alev ve potasyum klorür dumanı üretir. Potasyum kloratın daha güvenli değiştirilmesi. Fosforlu darbeye duyarlı,
    • Amonyum perklorat – modern katı roket yakıtları için en yaygın oksitleyici; mekanik uyaranlara potasyum perklorattan daha duyarlıdır. Havai fişeklerde nadir; sıcak alev oluşturur, klor verici görevi görerek baryum, stronsiyum ve bakır renklendiricilerini arttırır . Islandığında magnezyum ile reaksiyona girer ve ısı ve amonyak açığa çıkarır, kendi kendine tutuşabilir. Potasyum nitrat ile temas halinde (örneğin siyah tozda) potasyum perklorat ve higroskopik amonyum nitrat üretir ; sodyum nitrat ile böyle bir reaksiyon yoktur. Potasyum klorat ile reaksiyona girerek kararsız, yavaş yavaş ayrışan amonyum klorat üretir ; bu tür kombinasyonlardan kaçınılmalıdır.
    • nitronyum perklorat
  • Kloratlar (aynı zamanda klor verici görevi görürler, kararsız patlayıcı amonyum klorat oluşturduğundan amonyum tuzları ile uyumsuzdur, kendiliğinden tutuşan klor dioksit üretimi nedeniyle kükürt ve diğer asidik kimyasallarla uyumsuzdur ; fosfor ile çok tehlikelidir; hidrokarbon yakıtlar/bağlayıcılar ile birleştirilmemelidir. , örneğin asfalt veya arap zamkı; mümkün olan her yerde daha güvenli perkloratlarla değiştirilmelidir):
    • Potasyum klorat – perklorattan çok daha az kararlı, tehlikeli, mümkünse kaçının. Yüksek yanma hızı, kolay ateşleme. Potasyum nitrattan biraz daha higroskopiktir. Potasyum klorür dumanı üretir. Klor donörü olarak hareket edebilir. Kükürt ve sülfürlerle yüksek darbe ve sürtünme hassasiyeti. Amonyum tuzları ile kararsız amonyum klorat üretir. Kibrit başı kompozisyonlarında, bazı renkli dumanlarda , küçük havai fişeklerde ve oyuncak şapkalarda kullanılır.
    • Baryum klorat – ayrıca havai fişeklerde yeşil renklendirici olarak hizmet eder; hassas, kaçınmak daha iyidir. Neredeyse higroskopik değildir. Kompozisyonlar güneş ışığında kendiliğinden yanabilir. Düşük sıcaklıktaki alevlerde bile çok iyi yeşil renklendirici.
    • Sodyum klorat – perklorattan çok daha az kararlı, tehlikeli, aynı zamanda sarı renklendirici, higroskopik olarak da işlev görür
  • Nitratlar (alüminyum ile karıştırıldığında, dengeleyici olarak borik asit eklenmelidir):
    • Potasyum nitrat - çok yaygın, siyah tozda ve çok çeşitli bileşimlerde kullanılır. Çok higroskopik değil. Daha düşük sıcaklıklarda (rosin veya gomalak gibi sıradan yakıtlarla) çok verimli değildir, iyi yanmaz, potasyum nitrit üretir. Daha yüksek sıcaklıklarda, kömür ve kükürt veya magnezyum ile iyi ayrışır. Magnezyum eklendiği durumlar dışında renkli alevler oluşturmak için yeterli sıcaklık üretmez. İyi kıvılcımlar çıkarır. Tozun içinde bulunması, tozu tehlikeli ve çok yanıcı yapar.
    • Sodyum nitrat – ayrıca sarı bir renklendiricidir, higroskopiktir. Aydınlatma kompozisyonları için kullanılan yoğun sarı ışık verir. Tozda bulunması tozu tehlikeli hale getirir. Daha düşük sıcaklıklarda nitrit külü üretir, daha yüksek sıcaklıklarda tamamen ayrışır.
    • Kalsiyum nitrat – ayrıca kırmızı-turuncu bir renklendiricidir.
    • Amonyum nitrat – daha az yaygın olan bazı kompozit roket iticilerinde kullanılır, higroskopiktir, çok düşük sıcaklıkta ayrışır; kuru Al, Zn, Pb, Sb, Bi, Ni, Cu, Ag, Cd ile reaksiyona girdiğinde; ıslak olduğunda Fe ile de reaksiyona girer. Bakır ile patlayıcı bir bileşik oluşturur.
    • Baryum nitrat – yeşil ve beyaz renkler için en yaygın oksitleyici/renklendiricidir, ancak biraz zayıf renklendirici etkiye sahiptir; bir klor donörü gerektirir. Ayrıca flaş tozlarında ve bazı askeri kızılötesi fişeklerde kullanılır. Baryum ayrıca karışımlar için bir stabilizatör görevi görür; daha hafif metallerin nitratlarından daha yüksek sıcaklıklarda ayrışır ve daha yüksek yanma sıcaklıklarını destekler. Alüminyum ile parlak gümüş kıvılcımlar üretir; alüminyum ile kullanıldığında, stabilizatör olarak borik asit ilavesi tavsiye edilir. Çok higroskopik değil.
    • Stronsiyum nitrat – parlamalarda, yangınlarda ve yıldızlarda kırmızı renkler için en yaygın oksitleyici/renklendirici; stronsiyum ayrıca karışımlar için bir stabilizatör görevi görür. Daha düşük sıcaklıklarda (organik yakıtlarla) alevi boğabilen stronsiyum nitrit külü üretir; daha yüksek sıcaklıklarda (magnezyum ile) tamamen ayrışır. Düşük sıcaklıktaki alevler için renklendirici, sıcak alevler için renklendirici ve oksitleyici.
    • Sezyum nitrat - bazı askeri kızılötesi parlama bileşimlerinde kullanılır
  • Permanganatlar :
  • kromatlar :
    • Baryum kromat – gecikme bileşimlerinde kullanılır, örneğin havai fişek roketlerinde
    • Kurşun kromat – geciktirme bileşimlerinde kullanılır
    • Potasyum dikromat – nadiren oksitleyici olarak kullanılır; magnezyum parçacıklarının pasifleştirilmesi için bir yüzey işlemi olarak, ayrıca bir katalizör olarak ve bazı kibritlerde kullanılabilir; potasyum perklorat sıklıkla eklenir
  • Oksitler ve peroksitler :
  • Sülfatlar (reaksiyonlar yüksek sıcaklıklar ve güçlü bir şekilde azaltıcı yakıtlar gerektirir):
    • Baryum sülfat – örneğin flaş bileşimleri için yüksek sıcaklıkta oksitleyici, yeşil renklendirici
    • Kalsiyum sülfat – örneğin flaş bileşimleri için yüksek sıcaklıkta oksitleyici, kırmızı-turuncu renklendirici.
    • Potasyum sülfat – yüksek sıcaklıkta oksitleyici, mor renklendirici
    • Sodyum sülfat – yüksek sıcaklıkta oksitleyici, sarı renklendirici
    • Stronsiyum sülfat - yüksek sıcaklıkta oksitleyici, kırmızı renklendirici
  • Organik kimyasallar
  • Diğerleri
    • Kükürt – çinko-kükürt yakıtlarında çinko oksitleyici
    • Teflon – bazı metal yakıtlar için oksitleyici
    • Bor - titanyum için oksitleyici, titanyum diborid oluşturan

Karşılık gelen sodyum tuzları, potasyum tuzları ile ikame edilebilir.

katkı maddeleri

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar