Порошки металлов и сплавов

Порошки металлов и сплавов в пиротехнике.

Активные металлы. Металлические горючие, такие как магний, алюминий, титан и др., широко применяются в современной пиротехнике. Они обеспечивают полноту сгорания пиротехнических смесей за счет сочетания своей химической активности в реакциях горения с высокой теплотворной способностью. В осветительных составах основное излучение возникает именно за счет свечения раскаленных частиц окислов металлов типа магния или алю- миния. В термитных и термитно-зажигательных пиротехнических составах металлы способствуют высокому удельному тепловыделению на единицу воспламеняемой поверхности и образованию расплавленных шлаков, чего нельзя добиться при использовании углеводородных зажигательных компо- зиций типа «напалмов», т.к. высокая теплота сгорания углеводородов рассеи- вается газообразными продуктами горения.

Малоактивные металлы. Использование малоактивных металлов в пиротехнике носит ограниченный характер, т.к. теплотворная способность на единицу массы обычных металлов заметно ниже, чем для магния и алюминия. Тем не менее они находят применение в малогазовых замедлительных, теплогенерирующих и реже – в воспламенительных составах, где излишне высо- кая температура сгорания может приводить к образованию газов и паров, что крайне нежелательно в некоторых типах изделий.

Алюминий, Al

Мол. масса 26,98. Серебристый блестящий металл. Порошок чешуйчатого алюминия имеет серебристый цвет, сферический – внешне напоминает порошок цемента.  

При обычной температуре алюминий устойчив к действию воды и слабых кислот благодаря тонкой защитной пленке оксидов и гидроксидов алюминия. Реагирует со щелочами, соляной и серной кислотой. Не реагирует с концентрированной азотной и уксусной кислотами.

t пл. 660°С. t кип. 2450°С. Плотность 2,699 г/см3. Теплоемкость при 300K 899 Дж/(кг·К), теплопроводность 217 Вт/(м·К). Удельная теплота плавления 396,6 кДж/кг. Удельная теплота испарения 10878 кДж/кг. Теплота сгорания 32740 кДж/ кг. Тонкая пыль взрывоопасна . Температура воспламенения воздушной взвеси порошка 550-640°С, слоя алюминиевой пыли 470-750°С.

Наиболее дешевый металлический порошок из широко применяющихся в пиротехнике. Составы на его основе трудней воспламеняются, чем с магнием. Выпускается в виде порошка с частицами неправильной (оскольчатой), сферической формы (atomized) и в виде чешуек (flake). Чешуйчатый алюминий применяется в пиротехнике, в искрящихся составах, сферический – как горючее в ВВ, смесевых ракетных топливах, военной пиротехнике, например в зажигательных составах. С оскольчатой формой – в искрящихся составах. Выпускается также специальный очень мелкий алюминий с развитой поверхностью (dark pyro). Он имеет темно-серый цвет, легко воспламеняется, но опасен в обращении. Сферический алюминий получают распылением расплавленного алюминия в среде азота с небольшой добавкой кислорода. Чешуйчатый – размолом алюминиевого пульверизата в шаровых мельницах. Некоторые сорта порошкообразного алюминия содержат значительное количество окиси. Пыль алюминия при высоких концентрациях в воздухе способна взрываться от малейшей искры.

И хотя алюминий достаточно стабильный при хранении материал, к составам с нитратами предъявляют повышенные требования по содержанию в них воды, иначе при хранении протекает следующая реакция (с разогревом):

3KNO₃+ 8Al + 12H₂O → 3KAlO₂+ 5Al(OH)₃+ 3NH₃

Для предотвращения этой реакции вводят небольшие кол-ва борной кислоты либо используют алюминий, покрытый гидрофобными добавками. При обычной температуре алюминий весьма устойчив к действию нитрата аммония, однако, предназначенный для использования в АСВВ подвергают пассивации обработкой порошка растворами солей хромовой кислоты или нитритов. Стабилизации защитной пленки на поверхности металла способствуют добавки фосфатов. В присутствии влаги медленно реагирует с хлоратами и перхлоратами, не реагирует с перхлоратом аммония. Продажный чешуйчатый алюминий во избежание окисления на воздухе часто покрывают стеарином.

Алюминий как искрообразователь: в составах образует яркие рассыпающиеся искры цветом от желтого до серебристо-белого. Эффект может варьироваться в зависимости от сорта алюминия. Лучший искрообразователь по соотношению цены и красочности эффекта.

Табл. Некоторые сорта порошков алюминия