Вспышка порошка - Flash powder

Вспышка порошка это пиротехнический состав, смесь окислитель и металлический топливо, который быстро загорается и издает громкий шум. Широко используется в театральном пиротехника и фейерверк (а именно салюты, например, вишневые бомбы, М-80, петарды, и крышка пистолета выстрелов) и когда-то использовался для мигает в фотография.

Примеры театральных бинарных флеш-порошков. Обратите внимание на общий окислитель (A) порошок для некоторых типов топливо (В).

Различные разновидности флэш-порошка изготавливаются из разных составов; наиболее распространены перхлорат калия и алюминиевый порошок. Иногда, сера входит в смесь для повышения чувствительности. Используемые ранние составы хлорат калия вместо перхлората калия.

Флэш-порошковые композиции также используются в военной пиротехнике, когда требуется создание большого количества шума, света или инфракрасного излучения, например, ложные ракеты и оглушающие гранаты.

История

Lycopodium порошок представляет собой желто-коричневый пылевидный порошок, который исторически использовался в качестве порошка для вспышек.^[1] Сегодня порошок используется в основном для создания больших и впечатляющих вспышек или пламени, но с которыми относительно легко справиться. магия действует и для кинотеатр и театральный спецэффекты.

Смеси

Обычно смеси мгновенного порошка смешиваются для достижения определенной цели. Эти смеси варьируются от чрезвычайно быстро горящих смесей, предназначенных для получения максимального звукового отчета, до смесей, предназначенных для медленного горения и обеспечения большого количества света, до смесей, которые ранее использовались в фотографии.

Алюминий и хлорат

Сочетание алюминиевый порошок и хлорат калия является нестабильным и плохим выбором для флэш-порошка, который должен храниться более короткого периода. По этой причине его в значительной степени заменили смеси перхлората калия. Смеси хлоратов по-прежнему используются, когда цена является первостепенной проблемой, поскольку хлорат калия дешевле перхлората.

Самым простым является двухкомпонентная смесь хлоратов, хотя она используется редко.

KClO₃ + 2Al → Al₂О₃ + KCl

В составе примерно 70% KClO.₃ : 30% Al по массе для реагентов вышеуказанного стехиометрически сбалансированного уравнения.

Считается критически важным исключить из этих смесей серу и любые кислотные компоненты. Сера окисляет и поглощает влагу с образованием серный и тионовые кислоты; любая кислота в смеси делает ее нестабильной. Иногда к смеси добавляют несколько процентов бикарбонатного или карбонатного буфера, чтобы гарантировать отсутствие кислых примесей.

Сера преднамеренно добавляется в качестве третьего компонента к этой смеси, чтобы уменьшить энергия активации.^[2]^[3] Однако это создает проблему с образованием кислоты и нестабильностью, поэтому такие смеси обычно считаются слишком нестабильными для хранения и должны быть смешаны непосредственно перед использованием. Трисульфид сурьмы может использоваться в качестве альтернативы и более стабилен при хранении.^[2]^[3]

Нитрат калия, алюминий и сера

Эта композиция, обычно в соотношении 5 частей нитрата калия, 3 частей алюминиевого порошка и 2 части серы, особенно популярна среди любителей. Он не очень быстро горит, если не используются исключительно мелкие ингредиенты. Хотя он содержит серу, он на самом деле довольно стабилен, выдерживая многочисленные удары молотка по твердой поверхности. Считается, что добавление 2% его веса борной кислоты значительно увеличивает стабильность и срок хранения благодаря устойчивости к увлажнению из-за влажности окружающей среды. Другие соотношения, такие как 6 KNO₃/ 3 Al / 2 S и 5 KNO₃/ 2 Al / 3 S тоже есть и работают. Все соотношения имеют одинаковое время горения и прочность, хотя 5 KNO₃/ 3 Al / 2 S кажется доминирующим.

2 KNO₃ + 4 Al + S → К₂S + N₂ + 2 Al₂О₃

В составе примерно 59% KNO.₃ : 31,6% Al: 9,4% S по весу для вышеуказанных реагентов стехиометрически сбалансированное уравнение.

Для достижения наилучших результатов следует использовать алюминий «German Dark» с воздушно-плавающей серой и чистый нитрат калия, измельченный на шаровой мельнице. Готовую смесь нельзя измельчать в шаровой мельнице.

Алюминий и перхлорат

Алюминиевый порошок и перхлорат калия являются единственными двумя компонентами стандартного пороха для пиротехнической промышленности. Он обеспечивает отличный баланс стабильности и мощности и используется в большинстве коммерческих взрывных фейерверков.

иначе смесь А Б

Сбалансированное уравнение реакции:

3 KClO₄ + 8 Al → 3 KCl + 4 Al₂О₃

Стехиометрическое соотношение составляет 34,2% алюминия и 65,8% перхлората по массе. Соотношение семи частей перхлората калия и трех частей темного пироалюминия является составом, используемым большинством пиротехников.

Для достижения наилучших результатов алюминиевая пудра должна быть класса «Dark Pyro», иметь чешуйчатую форму частиц и размер частиц менее 10 микрометров. KClO₄ должен быть в виде порошка, без комков. При необходимости его можно просеять через сито для удаления комков перед использованием. Размер частиц перхлората не так важен, как размер алюминиевого компонента, поскольку для разложения KClO требуется гораздо меньше энергии.₄ чем необходимо для плавления алюминия до жидкого состояния, необходимого для реакции.

Хотя этот состав довольно нечувствителен, к нему следует относиться осторожно и уважительно. Пиротехники-любители обычно используют метод, называемый подгузник, в котором материалы выливаются отдельно на большой лист бумаги, который затем поочередно поднимается за каждый угол, чтобы накатать композицию и перемешать компоненты. Некоторые пиротехники-любители предпочитают перемешивать состав встряхиванием в закрытом бумажном контейнере, поскольку это намного быстрее и эффективнее, чем подгузник. Один из методов смешивания флэш-порошка заключается в помещении компонентов в конечное устройство, и при обращении с ним флэш-порошок смешивается. Бумага / картон предпочитают другие материалы, такие как пластик, из-за его благоприятных свойств. трибоэлектрический характеристики.

Никогда не следует смешивать большие количества в одной партии. С большими количествами не только сложнее безопасно обращаться, но и подвергает риску ни в чем не повинных прохожих на территории. В случае случайного возгорания осколки от взрыва пороха весом несколько фунтов могут быть отброшены на сотни футов с достаточной силой, чтобы убить или ранить. (Примечание: 3 грамма смеси достаточно, чтобы взорваться на открытом воздухе без каких-либо ограничений, кроме давления воздуха.)

Независимо от количества, всегда следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить любой электростатический разряд или трение во время смешивания или обращения, поскольку они могут вызвать случайное возгорание.

Магний и нитрат

Еще одна распространенная у любителей флеш-композиция состоит из магний порошок и азотнокислый калий. Были использованы другие нитраты металлов, в том числе барий и стронций нитраты. Композиции с использованием нитрат и магний металл использовался в качестве порошка для фотографических вспышек почти с момента изобретения фотографии. Порошок нитрата калия / магния следует смешать и использовать немедленно, а не хранить из-за его склонности к самовоспламенению.

Если магний не очень мелкий порошок, его можно пассивировать льняным маслом или бихроматом калия. Пассивированный магниевый флэш-порошок стабилен и безопасен для хранения.

2 KNO₃ + 5 мг → К₂O + N₂ + 5 MgO

В составе примерно 50% KNO.₃ : 50% Mg по весу для реагентов вышеуказанного стехиометрически сбалансированного уравнения. Ниже представлена такая же реакция, но с участием нитрат бария.

Ba (НЕТ₃)₂ + 5 Mg → BaO + N₂ + 5 MgO

Смеси, предназначенные для создания отчетов, существенно отличаются от смесей, предназначенных для освещения. Стехиометрическое соотношение трех частей KNO₃ на две части Mg близок к идеалу и обеспечивает максимально быстрое горение. Порошок магния должен быть меньше 200 меш, хотя подойдет и размер до 100 меш. Нитрат калия должен быть неосязаемой пылью. Эта смесь популярна в любительской пиротехнике, потому что она нечувствительна и относительно безопасна в подобных вещах.

Для фотографических целей смеси, содержащие магний и нитраты, делают намного более богатыми топливом. Избыток магния улетучивается в результате реакции и горит на воздухе, обеспечивая дополнительный свет. Кроме того, более высокая концентрация топлива приводит к более медленному сгоранию, обеспечивая больше шума и меньше хлопка при воспламенении. Формула 1917 года определяет 5 частей магния на 6 частей нитрат бария для стехиометрии: девять частей топлива на одну часть окислителя.^[4] В современных моделях порошков для фотографических вспышек можно избежать использования солей бария из-за их токсичности. Смесь пяти частей магния размером 80 меш с одной частью нитрата калия обеспечивает хорошую белую вспышку, но не слишком сильную. Горючие вспышки также используются в театральных постановках. горшки.

Композиции на основе магния разлагаются в течение длительного времени, поскольку магний не образует пассивирующего оксидного покрытия, а это означает, что металлический Mg будет медленно реагировать с атмосферным кислородом и влагой. В военной пиротехнике с использованием магниевого топлива внешний кислород можно исключить с помощью герметично закрытых баллонов. Коммерческие порошки для фотографических вспышек продаются в виде смесей из двух частей, которые необходимо смешать непосредственно перед использованием.

Магний и ПТФЭ

В составе вспышки, разработанной специально для генерации исключительно ярких вспышек в инфракрасной части спектра, используется смесь магния пиролитической чистоты и порошка. политетрафторэтилен. Эти осветительные ракеты используются в качестве ложных целей от самолетов, которые могут стать объектом огня ракет с тепловым наведением.

2n Mg + (С₂F₄))_п → 2n MgF₂ (s) + 2n C (s)

Трисульфид и хлорат сурьмы

Эта смесь и аналогичные смеси, иногда содержащие пироалюминий, использовались с начала 1900-х годов для небольшой бумаги в стиле «Черная кошка». петарды. Чрезвычайно низкая стоимость делает его популярным среди производителей низкосортных фейерверков в Китае. Как и все смеси, содержащие хлораты, он чрезвычайно чувствителен к трению, ударам и электростатическому разряду и считается небезопасным в пиротехнических устройствах, содержащих более нескольких десятков миллиграммов смеси.

3 KClO₃ + Sb₂S₃ → Сб₂О₃ + 3 СО₂ + 3 KCl

Эта смесь не очень энергетична, и, по крайней мере, в некоторых частях Соединенных Штатов, петарды содержащие 50 мг или менее этой смеси разрешены в качестве потребительских фейерверков.

Безопасность и обращение

Вспышки пороха даже в пределах предполагаемого использования часто высвобождают смертельную взрывную силу. Практически все широко используемые смеси мгновенного порошка чувствительны к ударам, трению и электростатическому разряду. В определенных смесях эта чувствительность нередко спонтанно изменяется с течением времени или из-за изменений окружающей среды или других неизвестных факторов либо при первоначальном производстве, либо при хранении в реальном мире. Кроме того, случайные загрязнения, такие как сильные кислоты или соединения серы, могут еще больше повысить их чувствительность. Поскольку вспышки порошковых смесей очень легко инициируются, существует потенциально высокий риск случайных взрывов, которые могут вызвать серьезные повреждения взрывом / осколками, например слепота, взрывная ампутация, стойкие увечья или обезображивание. Смертельные случаи произошли. Поэтому с различными композициями мгновенного порошка не следует обращаться никому, кто не знаком с их свойствами или методами обращения, необходимыми для обеспечения безопасности. Устройства с порошковой вспышкой и порошковой вспышкой представляют исключительно высокий риск для детей, которые обычно не понимают опасности и могут быть менее искусными в безопасных методах обращения. В результате дети, как правило, получают более серьезные травмы, чем взрослые.

Вспышки - особенно те, которые используют хлорат - часто очень чувствительны к трению, теплу / пламени и статичное электричество. Искра мощностью всего 0,1–10 миллиджоулей может вызвать воспламенение некоторых смесей. Некоторые составы, используемые в подпольная пресса содержат оба сера и хлорат калия. Эти смеси особенно чувствительны к ударам и трению, и во многих применениях их следует считать непредсказуемыми. Современные пиротехнические методы призывают никогда не использовать серу в смесях, содержащих хлоратные соли.

Некоторые составы мгновенного порошка (те, в которых в качестве топлива используется чешуйчатый алюминиевый порошок размером однозначные микрометры или мелкодисперсный порошок магния) могут самоограничиваться и взрываться в небольших количествах. Это делает использование порошка опасным, поскольку он может вызвать серьезное повреждение слуха и ампутацию, даже если вы сидите на открытом воздухе. Самоограничение происходит, когда масса сваи обеспечивает достаточную инерцию, позволяющую создавать внутри нее высокое давление по мере реакции смеси. Это называется «инерционным удержанием», и его не следует путать с детонацией.

Вспышка порошка любого состава не должна смешиваться в больших количествах пиротехниками-любителями. Новичкам следует начинать с доз, не превышающих грамм, и воздерживаться от изготовления больших устройств. Вспышка должна производиться только на том месте, где она будет использоваться. Дополнительно смесь следует приготовить непосредственно перед применением. При смешивании могут вступить в силу законы о транспортировке, хранении, использовании, различном хранении и незаконном "огнестрельном оружии" (включая уголовные преступления), которые не применяются к несмешанным или предварительно собранным компонентам.