Thành phần pháo hoa: phân loại, thành phần, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Chế phẩm pháo hoa là một chất hoặc hỗn hợp các thành phần được thiết kế để tạo ra hiệu ứng dưới dạng nhiệt, ánh sáng, âm thanh, khí, khói hoặc sự kết hợp của chúng, là kết quả của các phản ứng hóa học tỏa nhiệt tự duy trì. diễn ra mà không cần kích nổ. Quá trình như vậy không phụ thuộc vào oxy từ các nguồn bên ngoài.

Phân loại các thành phần pháo hoa

Chúng có thể được chia theo hành động:

• Bốc lửa.
• Khói.
• Động.

Hai nhóm đầu tiên có thể được chia thành nhiều loại nhỏ hơn.

Lửa: chiếu sáng, báo hiệu ban đêm, chất đánh dấu và một số tác nhân gây cháy.

Nhóm khói bao gồm các tác phẩm dành cho tín hiệu ban ngày và mặt nạ (sương mù).

Các loại pháo hoa chính

Hiệu ứng trên (ánh sáng, âm thanh, v.v.) có thể được tạo bằng các thành phần sau:

• Đèn flash bột - cháy rất nhanh, tạo ra các vụ nổ hoặc các chùm ánh sáng rực rỡ.
• Thuốc súng - cháy chậm hơn bột, tỏa ra một lượng lớn khí.
• Thuốc phóng rắn - tạo ra nhiều hơi nóng được sử dụng làm nguồn động năng cho tên lửa và đạn.
• Chất khơi mào pháo hoa - tạo ra một lượng lớn nhiệt, ngọn lửa hoặc tia lửa nóng được sử dụng để đốt cháy các chế phẩm khác.
• Ejection Charges - cháy nhanh, tạo ra nhiều khí trong thời gian ngắn, được sử dụng để giải phóng hàng hóa từ các thùng chứa.
• Phí nổ - cháy nhanh, tạo ra một lượng lớn khí trong thời gian ngắn, dùng để nghiền thùng chứa và đổ chất chứa bên trong.
• Thành phần tạo khói - cháy chậm, tạo ra sương mù (trơn hoặc có màu).
• Các chuyến tàu trì hoãn - bùng cháy với tốc độ yên tĩnh không đổi, được sử dụng để giới thiệu sự chậm trễ vào khu dự trữ cứu hỏa.
• Nguồn nhiệt pháo hoa - tỏa ra một lượng nhiệt lớn và thực tế không phát tán khí, cháy chậm, thường giống nhiệt.
• Sparklers - tạo ra tia lửa màu trắng hoặc màu.
• Nháy - cháy chậm, tạo ra lượng ánh sáng lớn, dùng để chiếu sáng hoặc báo hiệu.
• Tác phẩm pháo hoa đầy màu sắc - tạo ra ánh sáng, tia lửa trắng hoặc nhiều màu.

Đơn

Một số công nghệ của các chế phẩm và sản phẩm pháo hoa được sử dụng trong ngành công nghiệp và hàng không để tạo ra khối lượng lớn khí (ví dụ, trong các túi khí), cũng như cácdây buộc và trong các tình huống tương tự khác. Chúng cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp quân sự khi cần một lượng lớn tiếng ồn, ánh sáng hoặc bức xạ hồng ngoại. Ví dụ, tên lửa mồi nhử, pháo sáng và lựu đạn gây choáng. Một loại chế phẩm vật liệu phản ứng mới hiện đang được quân đội nghiên cứu.

Nhiều hợp chất pháo hoa (đặc biệt là những hợp chất liên quan đến nhôm và peclorat) thường rất nhạy cảm với ma sát, sốc và tĩnh điện. Ngay cả khi tia lửa nhỏ từ 0,1 đến 10 mm cũng có thể gây ra những ảnh hưởng nhất định.

Thuốc súng

Đây là loại bột màu đen nổi tiếng. Đây là loại chất nổ hóa học được biết đến sớm nhất, bao gồm hỗn hợp lưu huỳnh (S), than củi (C) và kali nitrat (S altpeter, KNO 3). Hai thành phần đầu tiên hoạt động như nhiên liệu, và thành phần thứ ba là chất oxy hóa. Do đặc tính gây cháy và lượng nhiệt và khí mà nó tạo ra, thuốc súng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc phóng trong súng cầm tay và pháo. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong sản xuất tên lửa, pháo hoa và các thiết bị nổ trong khai thác đá, khai thác mỏ và xây dựng đường bộ.

Chỉ số

Thuốc súng được phát minh ở Trung Quốc vào thế kỷ thứ 7 và lan rộng trên hầu hết các nước Âu-Á vào cuối thế kỷ 13. Ban đầu được phát triển bởi các Đạo sĩ cho mục đích y học, bột được sử dụng cho chiến tranh vào khoảng năm 1000 sau Công nguyên.

Thuốc súng được phân loại thànhnhư một chất nổ nhỏ do tốc độ phân hủy tương đối chậm và độ nguy hiểm thấp.

Năng lượng nổ

Việc đốt cháy thuốc súng được đóng gói phía sau viên đạn tạo ra áp lực đủ để khiến họng súng bắn ra ở tốc độ cao, nhưng không đủ mạnh để làm nổ nòng súng. Vì vậy, thuốc súng là một loại nhiên liệu tốt, nhưng ít thích hợp để phá đá hoặc công sự do sức nổ thấp. Bằng cách truyền đủ năng lượng (từ chất cháy thành khối lượng của đạn đại bác, rồi từ nó đến mục tiêu thông qua đạn tác động), máy bay ném bom cuối cùng có thể áp đảo hàng phòng thủ kiên cố của đối phương.

Thuốc súng được sử dụng rộng rãi để làm đầy vỏ đạn và được sử dụng trong các dự án khai thác mỏ và công trình dân dụng cho đến nửa sau của thế kỷ 19, khi những chất nổ đầu tiên được thử nghiệm. Loại bột này không còn được sử dụng trong vũ khí hiện đại và các ứng dụng công nghiệp do hiệu quả tương đối thấp (so với các chất thay thế mới hơn như thuốc nổ và amoni nitrat hoặc dầu nhiên liệu). Ngày nay, các loại súng chứa thuốc súng hầu như chỉ giới hạn trong việc săn bắn, bắn mục tiêu.

Nguồn nhiệt pháo hoa

Chế phẩm pháo hoa là một thiết bị dựa trên các chất dễ cháy với bộ đánh lửa thích hợp. Vai trò của chúng là tạo ra một lượng nhiệt được kiểm soát. Các nguồn pháo hoa thường dựa trên các chất ôxy hóa nhiên liệu giống thermite (hoặc chất làm chậm thành phần) với tốc độ cháy thấp,sản lượng nhiệt cao ở nhiệt độ mong muốn và ít hoặc không hình thành khí.

Chúng có thể được kích hoạt theo nhiều cách. Diêm điện và mũ chống va đập là những thứ phổ biến nhất.

Nguồn nhiệt pháo hoa thường được sử dụng để kích hoạt pin, nơi chúng dùng để làm nóng chảy chất điện phân. Có hai kiểu thiết kế chính. Người ta sử dụng một dải cầu chì (chứa bari cromat và kim loại zirconi dạng bột trong giấy gốm). Các thành phần tạo hạt pháo hoa nhiệt chạy dọc theo cạnh của nó để bắt đầu quá trình đốt cháy. Dải thường được bắt đầu bằng bộ đánh lửa điện hoặc phích cắm sử dụng dòng điện.

Thiết kế thứ hai sử dụng một lỗ trung tâm trên bộ pin, trong đó bộ đánh lửa điện năng lượng cao giải phóng hỗn hợp khí dễ cháy và đèn sợi đốt. Thiết kế với một lỗ trung tâm có thể giảm đáng kể thời gian kích hoạt (hàng chục mili giây). Để so sánh, chúng tôi lưu ý rằng trong các thiết bị có dải cạnh, chỉ số này là hàng trăm mili giây.

Kích hoạt pin cũng có thể được thực hiện bằng mồi chống va đập giống như súng ngắn. Điều mong muốn là nguồn tiếp xúc không có khí. Thông thường, thành phần tiêu chuẩn của hỗn hợp pháo hoa bao gồm bột sắt và kali peclorat. Về tỷ lệ trọng lượng, đây là 88/12, 86/14 và 84/16. Mức perchlorate càng cao, nhiệt lượng tỏa ra càng lớn (danh nghĩa là 200, 259 và 297 calo / gam). Kích thước và độ dày của viên sắt-perchlorate có ít ảnh hưởng đến tốc độ đốt cháy, nhưng chúng cóảnh hưởng đến mật độ, thành phần, kích thước hạt và có thể được sử dụng để điều chỉnh cấu hình giải phóng nhiệt mong muốn.

Một chế phẩm khác được sử dụng là zirconium với bari cromat. Một hỗn hợp khác chứa 46,67% titan, 23,33% boron vô định hình và khoảng 30% bari cromat. Ngoài ra còn có 45% vonfram, 40,5% bari cromat, 14,5% kali peclorat, và 1% rượu vinyl và axetat chất kết dính.

Các phản ứng tạo thành các thành phần liên kim của chế phẩm pháo hoa, chẳng hạn như zirconi với bo, có thể được sử dụng khi hoạt động không khí, hành vi không hút ẩm và độc lập với áp suất môi trường.

Nguồn nhiệt

Nó có thể là một phần trực tiếp của thành phần pháo hoa, ví dụ, trong máy tạo oxy hóa học, một thành phần như vậy được sử dụng với lượng lớn chất oxy hóa. Nhiệt thoát ra trong quá trình đốt cháy được sử dụng để phân hủy nhiệt. Đối với đốt lạnh, các chế phẩm được sử dụng để tạo ra khói có màu hoặc để phun bình xịt như thuốc trừ sâu hoặc khí CS, cung cấp nhiệt thăng hoa của hợp chất mong muốn.

Thành phần làm chậm pha của chế phẩm, cùng với các sản phẩm cháy tạo thành hỗn hợp có một nhiệt độ chuyển pha riêng biệt, có thể được sử dụng để ổn định chiều cao ngọn lửa.

Nguyên liệu

Chế phẩm pháo hoa thường là hỗn hợp đồng nhất của cáchạt nhiên liệu và chất oxy hóa. Trước đây có thể là hạt hoặc mảnh. Nói chung, diện tích bề mặt của các hạt càng cao thì tốc độ phản ứng và đốt cháy càng cao. Đối với một số mục đích, chất kết dính được sử dụng để biến bột thành vật liệu rắn.

Nhiên liệu

Loại điển hình dựa trên bột kim loại hoặc kim loại. Thành phần có thể chỉ ra một số loại nhiên liệu khác nhau. Một số cũng có thể dùng như chất kết dính.

Kim loại

Nhiên liệu phổ biến bao gồm:

• Nhôm là nhiên liệu phổ biến nhất trong nhiều loại hỗn hợp, đồng thời là chất điều chỉnh sự bất ổn định của quá trình đốt cháy. Ngọn lửa nhiệt độ cao với các hạt rắn cản trở sự xuất hiện của thuốc nhuộm, phản ứng với nitrat (trừ amoni) để tạo thành oxit nitơ, amoniac và nhiệt (phản ứng chậm ở nhiệt độ phòng, nhưng mạnh trên 80 ° C, có thể tự bốc cháy).
• Magnalium là hợp kim nhôm-magiê ổn định hơn và ít tốn kém hơn so với một kim loại duy nhất. Ít phản ứng hơn magiê, nhưng dễ cháy hơn nhôm.
• Sắt - tạo ra tia lửa vàng, một nguyên tố thường được sử dụng.
• Thép là hợp kim của sắt và cacbon tạo ra tia lửa màu vàng cam phân nhánh.
• Zirconium - Tạo ra các hạt nóng hữu ích cho hỗn hợp dễ cháy, chẳng hạn như chất khơi mào tiêu chuẩn của NASA và để ngăn chặn sự mất ổn định của quá trình đốt cháy.
• Titanium - tạo ra pháo hoa nóng và các hợp chất, làm tăngnhạy cảm với va chạm và ma sát. Đôi khi hợp kim Ti4Al6V được sử dụng tạo ra tia lửa trắng sáng hơn một chút. Cùng với kali peclorat, nó được sử dụng trong một số chất đốt cháy pháo hoa. Bột thô tạo ra các tia lửa màu trắng xanh phân nhánh đẹp mắt.
• Ferrotitanium là hợp kim sắt-titan tạo ra tia lửa sáng được sử dụng trong các ngôi sao pháo hoa, tên lửa, sao chổi và đài phun nước.
• Ferrosilicon là một chất sắt-silic được sử dụng trong một số hỗn hợp, đôi khi thay thế canxi silicide.
• Mangan - được sử dụng để kiểm soát tốc độ đốt cháy, chẳng hạn như trong các tác phẩm có độ trễ.
• Kẽm - được sử dụng trong một số chế phẩm tạo khói cùng với lưu huỳnh, được sử dụng làm nhiên liệu nghiệp dư cho tên lửa, cũng như trong các ngôi sao pháo hoa. Nhạy cảm với độ ẩm. Có thể tự bốc cháy. Hiếm khi được sử dụng làm nhiên liệu chính (ngoại trừ các thành phần tạo khói), nó có thể được sử dụng như một thành phần bổ sung.
• Đồng - được sử dụng làm thuốc nhuộm màu xanh lam với các loài khác.
• Đồng thau là hợp kim của kẽm và đồng được sử dụng trong một số công thức bắn pháo hoa.
• Vonfram - được sử dụng để kiểm soát và làm chậm tốc độ cháy của các tác phẩm.

Cần lưu ý rằng việc tạo ra các tác phẩm pháo hoa bằng tay rất nguy hiểm.