Pyrotechnische Zusammensetzung: Klassifizierung, Bestandteile, Anwendung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Ein pyrotechnischer Satz ist ein Stoff oder eine Mischung aus Bestandteilen, die dazu bestimmt sind, eine Wirkung in Form von Wärme, Licht, Schall, Gas, Rauch oder einer Kombination davon zu erzeugen, als Ergebnis von sich selbst erh altenden exothermen chemischen Reaktionen, die erfolgen ohne Detonation. Ein solcher Prozess ist nicht auf Sauerstoff aus externen Quellen angewiesen.

Klassifizierung pyrotechnischer Sätze

Sie können durch Aktion geteilt werden:

• Feurig.
• Rauch.
• Dynamisch.

Die ersten beiden Gruppen lassen sich in kleinere Typen unterteilen.

Fiery: Beleuchtung, Signalnacht, Tracer und einige Brandstifter.

Die Rauchgruppe umfasst Kompositionen für Tagessignalisierung und Maskierung (Nebel).

Hauptarten von Pyrotechnik

Der obige Effekt (Licht, Ton usw.) kann mit diesen Komponenten erzeugt werden:

• Pulverblitz - brennt sehr schnell, erzeugt Explosionen oder helle Lichtblitze.
• Gunpowder - brennt langsamer als Pulver, setzt eine große Menge an Gasen frei.
• Festtreibstoff - erzeugt eine Menge heißer Dämpfe, die als Quellen kinetischer Energie für Raketen und Projektile verwendet werden.
• Pyrotechnische Zünder - erzeugen große Mengen an Hitze, Flammen oder heißen Funken, die zum Zünden anderer Zusammensetzungen verwendet werden.
• Ausstoßladungen - brennen schnell, produzieren in kurzer Zeit viel Gas und werden verwendet, um Nutzlasten aus Containern freizusetzen.
• Sprengladungen - brennen schnell, erzeugen in kurzer Zeit eine große Menge Gas, werden verwendet, um den Behälter zu zerquetschen und seinen Inh alt zu entleeren.
• Rauchkompositionen - brennen langsam, erzeugen Nebel (glatt oder farbig).
• Verzögerungszüge - Flammen mit einer konstanten, ruhigen Geschwindigkeit, die verwendet werden, um Verzögerungen in die Feuerreserve einzuführen.
• Pyrotechnische Wärmequellen - geben eine große Wärmemenge ab und verbreiten praktisch keine Gase, langsam brennend, oft thermitartig.
• Wunderkerzen - erzeugen weiße oder farbige Funken.
• Blinkt - brennt langsam, erzeugt viel Licht, wird für Beleuchtung oder Signalisierung verwendet.
• Bunte Feuerwerkskompositionen - erzeugen helle, weiße oder mehrfarbige Funken.

Bewerbung

Einige Technologien pyrotechnischer Sätze und Produkte werden in Industrie und Luftfahrt zur Erzeugung großer Gasmengen (z. B. in Airbags) sowie in verschiedenen Bereichen eingesetztBefestigungen und in anderen ähnlichen Situationen. Sie werden auch in der Militärindustrie eingesetzt, wenn große Mengen an Lärm, Licht oder Infrarotstrahlung erforderlich sind. Zum Beispiel Lockraketen, Leuchtraketen und Blendgranaten. Eine neue Klasse reaktiver Materialzusammensetzungen wird derzeit vom Militär erforscht.

Viele pyrotechnische Verbindungen (insbesondere solche mit Aluminium und Perchloraten) sind oft sehr empfindlich gegenüber Reibung, Stößen und statischer Elektrizität. Schon 0,1 bis 10 Millijoule Funken können bestimmte Effekte hervorrufen.

Schießpulver

Das ist das berühmte Schwarzpulver. Es ist der früheste bekannte chemische Sprengstoff, bestehend aus einer Mischung aus Schwefel (S), Holzkohle (C) und Kaliumnitrat (Salpeter, KNO 3). Die ersten beiden Komponenten wirken als Brennstoff und die dritte ist ein Oxidationsmittel. Aufgrund seiner Brandeigenschaften und der Menge an Wärme und Gas, die es erzeugt, wird Schießpulver häufig zur Herstellung von Treibladungen in Schusswaffen und Artillerie verwendet. Darüber hinaus wird es bei der Herstellung von Raketen, Feuerwerkskörpern und Sprengkörpern im Steinbruch, Bergbau und Straßenbau verwendet.

Indikatoren

Schießpulver wurde im 7. Jahrhundert in China erfunden und verbreitete sich Ende des 13. Jahrhunderts in fast ganz Eurasien. Ursprünglich von den Taoisten für medizinische Zwecke entwickelt, wurde das Pulver um 1000 n. Chr. zur Kriegsführung eingesetzt.

Gunpowder wird klassifiziert inals kleiner Sprengstoff aufgrund seiner relativ langsamen Zersetzungsrate und geringen Brisanz.

Explosive Kraft

Die Zündung von Schießpulver hinter dem Projektil erzeugt genug Druck, um die Mündung mit hoher Geschwindigkeit zu feuern, aber nicht stark genug, um den Lauf einer Waffe zu platzen. Schießpulver ist also ein guter Brennstoff, für die Zerstörung von Steinen oder Befestigungen ist es aber aufgrund seiner geringen Sprengkraft weniger geeignet. Indem er genügend Energie überträgt (von der brennenden Substanz auf die Masse der Kanonenkugel und dann von dort über Aufprallmunition auf das Ziel), kann der Bomber schließlich die befestigte Verteidigung des Feindes überwältigen.

Schießpulver wurde häufig zum Füllen von Granaten und in Bergbau- und Tiefbauprojekten verwendet, bis in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die ersten Sprengstoffe getestet wurden. Das Pulver wird aufgrund seiner relativ geringen Wirksamkeit (im Vergleich zu neueren Alternativen wie Dynamit und Ammoniumnitrat oder Heizöl) nicht mehr in modernen Waffen und industriellen Anwendungen verwendet. Heutzutage sind Schießpulverwaffen hauptsächlich auf die Jagd und das Schießen von Zielen beschränkt.

Pyrotechnische Wärmequelle

Pyrotechnische Sätze sind ein Gerät auf Basis brennbarer Stoffe mit einem geeigneten Zünder. Ihre Aufgabe ist es, eine kontrollierte Wärmemenge zu erzeugen. Pyrotechnische Quellen basieren normalerweise auf thermitähnlichen (oder zusammensetzungsverzögernden) Brennstoffoxidationsmitteln mit einer niedrigen Verbrennungsrate,hohe Heizleistung bei gewünschter Temperatur und wenig oder keine Gasbildung.

Sie können auf verschiedene Arten aktiviert werden. Am gebräuchlichsten sind elektrische Streichhölzer und Schlaghütchen.

Pyrotechnische Wärmequellen werden häufig zur Aktivierung von Batterien eingesetzt, wo sie zum Schmelzen des Elektrolyten dienen. Es gibt zwei Haupttypen von Designs. Man verwendet einen Sicherungsstreifen (der Bariumchromat und pulverisiertes Zirkoniummetall in Keramikpapier enthält). Thermische pyrotechnische Granulatzusammensetzungen laufen an seinem Rand entlang, um die Verbrennung einzuleiten. Der Streifen wird normalerweise mit einem elektrischen Zünder oder Stecker mit Strom gestartet.

Das zweite Design verwendet ein zentrales Loch im Batteriepaket, in das ein hochenergetischer elektrischer Zünder eine Mischung aus brennbaren Gasen und Glühlampen freisetzt. Das Design mit einem zentralen Loch kann die Aktivierungszeit erheblich verkürzen (zig Millisekunden). Zum Vergleich stellen wir fest, dass dieser Indikator bei Geräten mit Randstreifen Hunderte von Millisekunden beträgt.

Das Aktivieren einer Batterie kann auch mit einem Schrotflinten-ähnlichen Schlagzünder erfolgen. Es ist wünschenswert, dass die Expositionsquelle gasfrei ist. Typischerweise besteht die Standardzusammensetzung von pyrotechnischen Mischungen aus Eisenpulver und Kaliumperchlorat. In Gewichtsverhältnissen sind dies 88/12, 86/14 und 84/16. Je höher der Perchloratgeh alt, desto größer die Wärmeabgabe (nominell 200, 259 und 297 Kalorien/Gramm). Die Größe und Dicke von Eisenperchlorat-Tabletten haben wenig Einfluss auf die Brenngeschwindigkeit, aber sie tun esAuswirkungen auf Dichte, Zusammensetzung, Partikelgröße und kann zur Einstellung des gewünschten Wärmefreisetzungsprofils verwendet werden.

Eine weitere verwendete Zusammensetzung ist Zirkonium mit Bariumchromat. Eine andere Mischung enthält 46,67 % Titan, 23,33 % amorphes Bor und etwa 30 % Bariumchromat. Ebenfalls erhältlich sind 45 % Wolfram, 40,5 % Bariumchromat, 14,5 % Kaliumperchlorat und 1 % Vinylalkohol und Bindemittelacetat.

Reaktionen zu intermetallischen Bestandteilen pyrotechnischer Sätze, wie z. B. Zirkonium mit Bor, können eingesetzt werden, wenn gasloser Betrieb, nichthygroskopisches Verh alten und Unabhängigkeit vom Umgebungsdruck erwünscht sind.

Wärmequelle

Es kann ein direkter Bestandteil des pyrotechnischen Satzes sein, beispielsweise wird in chemischen Sauerstoffgeneratoren ein solches Bauteil mit einem großen Überschuss an Oxidationsmittel verwendet. Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme wird zur thermischen Zersetzung genutzt. In Bezug auf die K altverbrennung werden Zusammensetzungen verwendet, um farbigen Rauch zu erzeugen oder ein Aerosol wie Pestizide oder CS-Gas zu versprühen, wodurch die Sublimationswärme der gewünschten Verbindung bereitgestellt wird.

Die Phasenverzögerungskomponente der Zusammensetzung, die zusammen mit den Verbrennungsprodukten ein Gemisch mit einer bestimmten Phasenübergangstemperatur bildet, kann verwendet werden, um die Flammenhöhe zu stabilisieren.

Materialien

Pyrotechnische Zusammensetzungen sind normalerweise homogenisierte Mischungen von kleinenKraftstoffpartikel und Oxidationsmittel. Erstere können Körner oder Flocken sein. Im Allgemeinen ist die Reaktions- und Verbrennungsgeschwindigkeit umso höher, je größer die Oberfläche der Partikel ist. Für einige Zwecke werden Bindemittel verwendet, um das Pulver in ein festes Material zu verwandeln.

Treibstoff

Typische Typen basieren auf metallischen oder metalloiden Pulvern. Die Zusammensetzung kann auf mehrere verschiedene Kraftstoffarten hinweisen. Einige können auch als Ordner dienen.

Metalle

Gebräuchliche Brennstoffe umfassen:

• Aluminium ist der häufigste Kraftstoff in vielen Klassen von Mischungen sowie ein Regulator der Verbrennungsinstabilität. Hochtemperaturflamme mit Feststoffpartikeln, die das Aussehen von Farbstoffen stören, reagiert mit Nitraten (außer Ammonium) zu Stickoxiden, Ammoniak und Hitze (Reaktion langsam bei Raumtemperatur, aber heftig über 80 ° C, kann sich selbst entzünden).
• Magnalium ist eine Aluminium-Magnesium-Legierung, die stabiler und kostengünstiger ist als ein einzelnes Metall. Weniger reaktiv als Magnesium, aber brennbarer als Aluminium.
• Eisen - erzeugt goldene Funken, ein häufig verwendetes Element.
• Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die sich verzweigende gelb-orange Funken erzeugt.
• Zirkonium - Erzeugt heiße Partikel, die für brennbare Mischungen nützlich sind, wie z. B. der Standardzünder der NASA, und zur Unterdrückung von Verbrennungsinstabilität.
• Titanium - erzeugt heiße Pyrotechnik und Verbindungen, erhöht sichEmpfindlichkeit gegenüber Stößen und Reibung. Manchmal wird eine Ti4Al6V-Legierung verwendet, die etwas hellere weiße Funken erzeugt. Zusammen mit Kaliumperchlorat wird es in einigen pyrotechnischen Zündern verwendet. Das grobe Pulver erzeugt schöne verzweigte blau-weiße Funken.
• Ferrotitanium ist eine Eisen-Titan-Legierung, die helle Funken erzeugt, die in pyrotechnischen Sternen, Raketen, Kometen und Fontänen verwendet werden.
• Ferrosilizium ist eine Eisen-Silizium-Substanz, die in einigen Mischungen verwendet wird und manchmal Calciumsilizid ersetzt.
• Mangan - zur Steuerung der Brenngeschwindigkeit, beispielsweise in Kompositionen mit Verzögerung.
• Zink - wird in einigen Rauchkompositionen zusammen mit Schwefel verwendet, der als Amateurbrennstoff für Raketen sowie in pyrotechnischen Sternen verwendet wird. Empfindlich gegen Feuchtigkeit. Kann sich spontan entzünden. Selten als Hauptbrennstoff verwendet (mit Ausnahme von Rauchkompositionen), kann es als zusätzliche Komponente verwendet werden.
• Kupfer - wird bei anderen Arten als blauer Farbstoff verwendet.
• Messing ist eine Legierung aus Zink und Kupfer, die in einigen Feuerwerksformeln verwendet wird.
• Wolfram - wird verwendet, um die Brenngeschwindigkeit von Kompositionen zu kontrollieren und zu verlangsamen.

Es ist erwähnenswert, dass es gefährlich ist, pyrotechnische Kompositionen mit eigenen Händen herzustellen.