הרכב פירוטכני: סיווג, רכיבים, יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

הרכב פירוטכני הוא חומר או תערובת של רכיבים שנועדו לייצר אפקט בצורת חום, אור, קול, גז, עשן, או שילוב ביניהם, כתוצאה מתגובות כימיות אקזותרמיות המקיימות את עצמו. להתרחש ללא פיצוץ. תהליך כזה אינו תלוי בחמצן ממקורות חיצוניים.

סיווג של יצירות פירוטכניות

ניתן לחלק אותם לפי פעולה:

• לוהט.
• עשן.
• Dynamic.

ניתן לחלק את שתי הקבוצות הראשונות לסוגים קטנים יותר.

לוהט: מאיר, לילה איתות, חומר מעקב וקצת מצית.

קבוצת העשן כוללת יצירות לאיתות ומסיכה בשעות היום (ערפל).

סוגים עיקריים של פירוטכניקה

ניתן ליצור את האפקט שלמעלה (אור, צליל וכו') באמצעות הרכיבים הבאים:

• פלאש אבקה - נשרף מהר מאוד, מייצר פיצוצים או פרצי אור בהירים.
• אבק שריפה - נשרף לאט יותר מאבקה, פולט כמות גדולה של גזים.
• חומר הנעה מוצק - מייצר הרבה אדים חמים המשמשים כמקורות אנרגיה קינטית לרקטות ולקליעים.
• יוזמים פירוטכניים - מייצרים כמויות גדולות של חום, להבות או ניצוצות חמים המשמשים להצתת יצירות אחרות.
• עמלות פליטה - נשרף במהירות, מייצר הרבה גז בזמן קצר, משמש לשחרור מטענים ממכולות.
• מטעני חבלה - נשרפים במהירות, מייצרים כמות גדולה של גז בזמן קצר, משמשים לריסוק המיכל ולהשלכת תכולתו.
• קומפוזיציות עשן - בוער לאט, מייצר ערפל (רגיל או צבעוני).
• עיכוב רכבות - בוער במהירות שקטה קבועה, משמש להכנסת עיכובים לשמורת האש.
• מקורות חום פירוטכניים - פולטים כמות גדולה של חום ולמעשה אינם מפיצים גזים, שריפה איטית, לרוב דמוית תרמיט.
• ניצוצות - מייצרים ניצוצות לבנים או צבעוניים.
• מבזקים - בער לאט, צור כמות גדולה של אור, משמש לתאורה או לאיתות.
• קומפוזיציות זיקוקים צבעוניות - מייצרים ניצוצות בהירים, לבנים או ססגוניים.

Application

חלק מהטכנולוגיות של הרכבים ומוצרים פירוטכניים משמשים בתעשייה ובתעופה כדי לייצר כמויות גדולות של גז (לדוגמה, בכריות אוויר), כמו גם במגווןהידוק ובמצבים דומים אחרים. הם משמשים גם בתעשייה הצבאית כאשר נדרשות כמויות גדולות של רעש, אור או קרינה אינפרא אדום. למשל, רקטות פיתוי, אבוקות ורימוני הלם. סוג חדש של חומרי תגובתיות נחקר כעת על ידי הצבא.

תרכובות פירוטכניות רבות (במיוחד אלו הכוללות אלומיניום ופרכלורטים) לרוב רגישות מאוד לחיכוך, הלם וחשמל סטטי. אפילו 0.1 עד 10 מיליג'אול של ניצוץ יכול לגרום להשפעות מסוימות.

אבק שריפה

זו האבקה השחורה המפורסמת. זהו חומר הנפץ הכימי המוקדם ביותר הידוע, המורכב מתערובת של גופרית (S), פחם (C) וחנקתי אשלגן (מלח, KNO 3). שני המרכיבים הראשונים פועלים כדלק, והשלישי הוא מחמצן. בגלל תכונות התבערה שלו וכמות החום והגז שהוא מייצר, אבק שריפה נמצא בשימוש נרחב בייצור מטעני הנעה בנשק חם ובארטילריה. בנוסף, הוא משמש לייצור רקטות, זיקוקים ומטעני חבלה בחציבה, כרייה וסלילת כבישים.

אינדיקטורים

אבק השריפה הומצא בסין במאה ה-7 והתפשט על פני רוב אירואסיה עד סוף המאה ה-13. אבקה שפותחה במקור על ידי הטאואיסטים למטרות רפואיות, שימשה ללוחמה בסביבות שנת 1000 לספירה.

אבק שריפה מסווג לתוךכחומר נפץ קטן בשל קצב הפירוק האיטי יחסית שלו והזוהר הנמוך שלו.

כוח נפץ

הצתה של אבק שריפה ארוז מאחורי הקליע יוצרת מספיק לחץ כדי לגרום ללוע לירות במהירות גבוהה, אבל לא חזק מספיק כדי לפרוץ את קנה האקדח. לפיכך, אבק שריפה הוא דלק טוב, אך הוא פחות מתאים להרס אבן או ביצורים בשל כוח הנפץ הנמוך שלו. על ידי העברת מספיק אנרגיה (מהחומר הבוער למסה של כדור התותח, ולאחר מכן ממנו אל המטרה באמצעות תחמושת פגיעה), המפציץ יכול בסופו של דבר להכריע את ההגנות המבוצרות של האויב.

אבק שריפה היה בשימוש נרחב למילוי פגזים והיה בשימוש בפרויקטים של כרייה והנדסה אזרחית עד למחצית השנייה של המאה ה-19, אז נבדקו חומרי הנפץ הראשונים. האבקה אינה משמשת עוד בנשק מודרני ויישומים תעשייתיים בשל יעילותה הנמוכה יחסית (בהשוואה לחלופות חדשות יותר כמו דינמיט ואמוניום חנקתי או מזוט). כיום נשק אבק שריפה מוגבל בעיקר לציד, קליעה למטרה.

מקור חום פירוטכני

הרכבים פירוטכניים הם מכשיר המבוסס על חומרים דליקים עם מצת מתאים. תפקידם לייצר כמות מבוקרת של חום. מקורות פירוטכניים מבוססים בדרך כלל על מחמצנים דמויי תרמיט (או מעכבי הרכב) עם קצב שריפה נמוך,תפוקת חום גבוהה בטמפרטורה הרצויה והיווצרות גזים מועטה או ללא היווצרות.

ניתן להפעיל אותם בכמה דרכים. גפרורים חשמליים ומכסי השפעה הם הנפוצים ביותר.

מקורות חום פירוטכניים משמשים לעתים קרובות להפעלת סוללות, שם הם משמשים להמסת האלקטרוליט. ישנם שני סוגים עיקריים של עיצוב. אחד משתמש בפס נתיך (המכיל בריום כרומט ומתכת זירקוניום אבקת בנייר קרמי). קומפוזיציות גרנולציה פירוטכנית תרמית פועלות לאורך הקצה שלה כדי ליזום בעירה. הרצועה מתחילה בדרך כלל עם מצת חשמלי או תקע באמצעות זרם.

העיצוב השני משתמש בחור מרכזי בחבילת הסוללות שלתוכו מצת חשמלי בעל אנרגיה גבוהה משחרר תערובת של גזים דליקים ומנורות ליבון. העיצוב עם חור מרכזי יכול להפחית משמעותית את זמן ההפעלה (עשרות אלפיות שניות). לשם השוואה, נציין שבמכשירים עם פס קצה, מחוון זה הוא מאות אלפיות שניות.

אפשר הפעלת סוללה גם עם פריימר אימפקט דמוי רובה ציד. רצוי שמקור החשיפה יהיה ללא גז. בדרך כלל, ההרכב הסטנדרטי של תערובות פירוטכניות מורכב מאבקת ברזל ואשלגן פרכלורט. ביחסי משקל מדובר ב-88/12, 86/14 ו-84/16. ככל שרמת הפרכלורט גבוהה יותר, כך תפוקת החום גדולה יותר (באופן נומינלי 200, 259 ו-297 קלוריות/גרם). לגודל ולעובי של טבליות ברזל-פרכלורט יש השפעה מועטה על קצב השריפה, אבל כןמשפיע על צפיפות, הרכב, גודל החלקיקים וניתן להשתמש בו כדי להתאים את פרופיל שחרור החום הרצוי.

הרכב נוסף בשימוש הוא זירקוניום עם בריום כרומט. תערובת נוספת מכילה 46.67% טיטניום, 23.33% בורון אמורפי וכ-30% בריום כרומט. זמינים גם 45% טונגסטן, 40.5% בריום כרומט, 14.5% אשלגן פרכלוראט ו-1% אלכוהול ויניל ואצטאט מקשר.

ניתן להשתמש בתגובות ליצירת רכיבים בין-מתכתיים של קומפוזיציות פירוטכניות, כגון זירקוניום עם בורון, כאשר יש צורך בפעולה ללא גז, התנהגות לא היגרוסקופית וחוסר תלות בלחץ הסביבה.

מקור חום

זה יכול להיות חלק ישיר מההרכב הפירוטכני, למשל, במחוללי חמצן כימיים משתמשים ברכיב כזה עם עודף גדול של מחמצן. החום המשתחרר במהלך הבעירה משמש לפירוק תרמי. ביחס לשריפה קרה, משתמשים בתכשירים לייצור עשן צבעוני או להתזת אירוסול כגון חומרי הדברה או גז CS, המספקים את חום הסובלימציה של התרכובת הרצויה.

מרכיב פיגור הפאזה של ההרכב, שיחד עם תוצרי הבעירה יוצר תערובת עם טמפרטורת מעבר פאזה אחת מובחנת, יכול לשמש לייצוב גובה הלהבה.

חומרים

קומפוזיציות פירוטכניות הן בדרך כלל תערובות הומוגניות של קטנותחלקיקי דלק וחומרי חמצון. הראשונים עשויים להיות דגנים או פתיתים. ככלל, ככל ששטח הפנים של החלקיקים גבוה יותר, כך קצב התגובה והבעירה גבוה יותר. למטרות מסוימות, משתמשים בקלסרים כדי להפוך את האבקה לחומר מוצק.

דלק

סוגים אופייניים מבוססים על אבקות מתכתיות או מתכתיות. ההרכב עשוי להצביע על מספר סוגים שונים של דלק. חלקם יכולים לשמש גם כקלסרים.

מתכות

דלקים נפוצים כוללים:

• אלומיניום הוא הדלק הנפוץ ביותר בסוגים רבים של תערובות, כמו גם מווסת של חוסר יציבות בעירה. להבה בטמפרטורה גבוהה עם חלקיקים מוצקים המפריעים להופעת צבעים, מגיבה עם חנקות (למעט אמוניום) ליצירת תחמוצות של חנקן, אמוניה וחום (תגובה איטית בטמפרטורת החדר, אך אלימה מעל 80 מעלות צלזיוס, עלולה להתלקח מעצמה).
• מגנליום היא סגסוגת אלומיניום-מגנזיום שהיא יציבה יותר ופחות יקרה ממתכת בודדת. פחות תגובתי ממגנזיום, אבל דליק יותר מאלומיניום.
• ברזל - מייצר ניצוצות זהובים, אלמנט בשימוש נפוץ.
• פלדה היא סגסוגת של ברזל ופחמן המייצרת ניצוצות צהובים-כתומים מסועפים.
• זירקוניום - מייצר חלקיקים חמים שימושיים לתערובות דליקות, כגון יוזם סטנדרטי של נאס"א, ולדיכוי אי יציבות בעירה.
• טיטניום - מייצר פירוטכניקה חמה ותרכובות, מגדילרגישות להלם וחיכוך. לפעמים נעשה שימוש בסגסוגת Ti4Al6V המייצרת ניצוצות לבנים מעט בהירים יותר. יחד עם אשלגן פרכלורט, הוא משמש בכמה מציתים פירוטכניים. האבקה הגסה מייצרת ניצוצות מסועפים יפהפיים כחולים-לבנים.
• Ferrotitanium היא סגסוגת ברזל-טיטניום היוצרת ניצוצות בהירים המשמשים בכוכבים פירוטכניים, רקטות, שביטים ומזרקות.
• Ferrosilicon הוא חומר ברזל-סיליקון המשמש בתערובות מסוימות, לפעמים מחליף סיליקיד סידן.
• מנגן - משמש לשליטה בקצב הצריבה, למשל, ביצירות עם השהייה.
• אבץ - משמש בהרכבי עשן מסוימים יחד עם גופרית, המשמשת כדלק חובבני לרקטות, וכן בכוכבים פירוטכניים. רגיש ללחות. עלול להתלקח באופן ספונטני. לעתים נדירות משמש כדלק העיקרי (למעט הרכבי עשן), ניתן להשתמש בו כרכיב נוסף.
• נחושת - משמש כצבע כחול עם מינים אחרים.
• פליז היא סגסוגת של אבץ ונחושת המשמשת בכמה נוסחאות זיקוקים.
• Tungsten - משמש לשלוט ולהאט את קצב הצריבה של יצירות.

ראוי לציין שמסוכן ליצור יצירות פירוטכניות במו ידיכם.