Страница 107 из 214
Для получения наибольших значений светового КПД следует путем подбора соответствующего рецепта состава и конструкции изделия стремиться к тому, чтобы образующееся при горении состава пламя имело максимальную температуру, содержало в себе достаточное количество твердых и жидких частиц, хорошо излучающих свет в накаленном состоянии, имело наибольшую поверхность излучения. Практикой доказано, что достаточно большое количество световой энергии получается только при сгорании составов, выделяющих не менее 1,5 ккал/г, а это возможно только при применении высококалорийных металлических горючих, развивающих высокую температуру горения не менее 2000 °C. Наличие твердых и жидких частиц в пламени при температуре выше 2000 °C обеспечивают окислы и другие соединения металлов, применяемых в качестве горючего. В то же время при разложении окислителей, используемых с металлическими горючими, выделяется достаточное количество газов (обычно азота) или сравнительно легко кипящих солей (обычно КСl), которые распыляя раскаленные твердые и жидкие частицы создают достаточный объем и соответственную поверхность пламени.
При выборе горючего следует принимать во внимание, что основная или, во всяком случае, значительная часть продуктов горения осветительного состава должна плавиться при весьма высокой температуре и не испаряться при температуре горения, чтобы в пламени находилось значительное количество твердых и жидких частиц, поскольку накаленные пары и газы сами по себе излучают сравнительно малое количество световой энергии. Водород, углерод, фосфор и сера не удовлетворяют этому требованию и не могут быть применены в качестве основных горючих осветительных составов. Все источники света, основанные на использовании реакции горения органических веществ, имеют очень малую световую отдачу (не более 1 лм/вт). Углерод при сгорании в атмосфере кислорода дает всего 1,9 лм/вт. Данные о количествах тепла и светоотдаче некоторых составов приведены в таблице 28*.
Как видно из таблицы, наибольшее количество тепла получается при сгорании двойных смесей нитрата бария с магнием и алюминием. Окислы этих металлов, обладают также хорошей излучательной способностью. Световая отдача титана несколько меньше чем у магния и алюминия.
Из окислителей в осветительных составах чаще всего применяют нитрат бария, большим преимуществом которого перед другими нитратами является его не гигроскопичность, и нитрат натрия — соль гигроскопичную, но дающую интенсивное излучение желтого цвета. Нитрат калия в осветительных составах не применяется из-за невысоких световых показателей
Световые показатели составов на бариевых и стронциевых солях-окислителях близки друг к другу и признаются достаточно высокими. Соли бария придают пламени слегка зеленоватый оттенок, соли стронция сообщают пламени бледно-розовую окраску. Однако, нитрат стронция более гигроскопичен, чем нитрат бария. Хлораты в осветительных составах не применяются хотя и обеспечивают высокие световые характеристики, являются при этом слишком чувствительными к механическим воздействиям. Высокие характеристики могли бы обеспечивать перхлораты бария и натрия, однако оба вещества являются сильно гигроскопичными и практически не применяются.
Окислитель и горючее в осветительных составах берут или в стехиометрическом соотношении или же дают некоторый избыток горючего с таким расчетом, чтобы оно могло сгореть за счет кислорода воздуха. Содержание магния или сплава AM в двойных смесях для осветительных составов может достигать 50… 60 %. Световые характеристики некоторых двойных смесей приведены в таблице 29* (сжигание производилось в картонных оболочках диаметром 24 мм).
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ
К описанным выше двойным смесям окислитель — порошок металла с целью замедления процесса горения добавляют различные органические вещества: смолы, минеральные масла, олифу и прочее. Построенные таким образом многокомпонентные составы имеют меньшую скорость горения, но и значительно меньшую силу света. Удельная светосумма составов с магниевым порошком от введения органических веществ снижается гораздо меньше, чем это наблюдается для составов, содержащих в качестве горючего алюминиевую пудру или порошок.
Примеры трехкомпонентных осветительных составов:
1.
Нитрат бария… 66%
Магний… 30%
Лак НЦ-218… 4%
2.
Нитрат бария… 48%
Магний… 45%
Лак НЦ-218… 7%
Звездки массой 36…38 г из такого состава горят в течении 10 сек. и дают силу света около 120 тысяч свечей.
Составы для порошкообразных факелов:
3.
Нитрат бария… I — 39 %; II — 42%
Магний… I — 52 %; II — 48%
Полиэфирная смола… I — 9 %; II — 8%
Поливинилхлорид… I — _; II — 2%
4.
Нитрат бария… I — 38 %; II — 55%
Нитрат стронция… I — 7 %; II — 5%
Магний… I — 52 %; II — 17%
Алюминий… I — _; II — 15%
Льняное масло… I — 3 %; II — 3%
Асфальтит… I — _; II — 5%
Кислородный баланс осветительных составов при введении в них значительного количества органических веществ обычно становиться резко отрицательным. Таким образом, введение в осветительные составы органических связующих в количестве более 5…6 % мало целесообразно. Для уменьшения скорости горения составов, кроме введения связующих веществ, может применяться также изменение степени дисперсности металлических порошков или добавление в алюминиевые составы серы.
При горении составов содержащих алюминий и серу, алюминий, по-видимому, легко вступает в реакцию с серой, образуя сернистый алюминий, который затем вступает в реакцию с кислородом (в том числе и воздуха). Окисление проходит более мягко, чем исключается искрение составов с алюминием, обычно наблюдающиеся при употреблении сравнительно грубых порошков. Введение более 10 % серы в алюминиевые составы снижает их световые показатели.
Состав первой мировой войны:
Нитрат бария… 76%
Алюминиевая пудра… 10%
Алюминиевый порошок… 8%
Сера… 4%
Касторовое масло… 2%
Для повышения световых показателей осветительных составов в них часто вводят несколько процентов, так называемых «пламенных добавок», например, фтористого натрия, криолита. Световые показатели составов при введении «пламенных добавок» могут увеличиваться на 15…20 %. На скорость горения эти добавки, как правило, не влияют.
В качестве добавочного окислителя в осветительные составы иногда вводят различные нитросоединения в том числе и ВВ.
Рецепт осветительного состава с нитросоединениями:
Нитраты щелочных металлов[10]…50–60%
Динитротолуол… 13–15%
Магний… 20–28%
Нитроцеллюлоза… 4–8%
Во время второй мировой войны в германской армии использовались, так называемые, гипсовые осветительные составы:
Сплав Мg-Аl… I — 41 %; II - _
Магний… I — _; II — 40%
Нитрат натрия… I — 11; II — 13%
Гипс CaSO4… I — 32 %; II — 40%
Вода… I — 1 %; II — 7%
СаСО3… I — 15 %; II - _
Гипс входящей в него водой использовался и как связующие, и как окислитель, частично заменяющий нитрат натрия.
Эффективным осветительным составом, горящим под водой является состав рецепта:
Сульфат бария… 40%
Нитрат бария… 32%
Магний… 16%
Алюминий… 12%
В качестве связующего в состав вводится льняное масло с сиккативом перекисью марганца. Возможно применение олифы. До начала применения металлических магния и алюминия в пиротехнике, использовались старинные рецепты осветительных огней:
Нитрат калия… 73%
Сера… 21%
Металлический мышьяк… 6%
При горении состав выделяет токсичные окислы мышьяка и поэтому не может применяться в замкнутых помещениях.
Нитрат калия… 67%
Сера… 16,5%
Антимоний… 16,5%
Дым, выделяющийся при горении состава, также ядовит.