تكوين الألعاب النارية: التصنيف ، المكونات ، التطبيق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

التركيب الناري هو مادة أو خليط من المكونات المصممة لإحداث تأثير في شكل حرارة ، أو ضوء ، أو صوت ، أو غاز ، أو دخان ، أو مزيج منها ، كنتيجة للتفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة ذات الاستدامة الذاتية التي تتم بدون تفجير. مثل هذه العملية لا تعتمد على الأكسجين من مصادر خارجية.

تصنيف التراكيب النارية

يمكن تقسيمها حسب العمل:

• الناري
• دخان.
• ديناميكي.

يمكن تقسيم أول مجموعتين إلى أنواع أصغر.

الناري: مضيئة ، إشارة ليلية ، متتبع وبعض المواد الحارقة.

تشتمل مجموعة الدخان على تركيبات للإشارة أثناء النهار وإخفاء (الضباب).

الأنواع الرئيسية للألعاب النارية

يمكن إنشاء التأثير أعلاه (الضوء ، الصوت ، إلخ) باستخدام هذه المكونات:

• وميض المسحوق - يحترق بسرعة كبيرة ، وينتج انفجارات أو اندفاعات ضوئية ساطعة.
• بارود - يحترق أبطأ من المسحوق ، وينبعث منه كمية كبيرة من الغازات.
• الوقود الصلب - ينتج الكثير من الأبخرة الساخنة المستخدمة كمصادر للطاقة الحركية للصواريخ والمقذوفات.
• البادئات النارية - تنتج كميات كبيرة من الحرارة أو اللهب أو الشرارات الساخنة المستخدمة لإشعال التراكيب الأخرى.
• رسوم الطرد - تحترق بسرعة ، وتنتج الكثير من الغاز في وقت قصير ، وتستخدم لتحرير الحمولات من الحاويات.
• الشحنات المتفجرة - تحترق بسرعة ، وتنتج كمية كبيرة من الغاز في وقت قصير ، وتستخدم لسحق الحاوية وتفريغ محتوياتها.
• تركيبات الدخان - تحترق ببطء ، تنتج ضبابًا (عادي أو ملون).
• قطارات التأخير - اشتعلت النيران بسرعة هادئة ثابتة ، وتستخدم لإحداث تأخيرات في احتياطي النار.
• مصادر الحرارة النارية - تنبعث منها كمية كبيرة من الحرارة ولا تنشر الغازات عمليًا ، بطيئة الاحتراق ، وغالبًا ما تشبه الثرمايت.
• Sparklers - إنتاج شرارات بيضاء أو ملونة.
• ومضات - احترق ببطء ، وخلق كمية كبيرة من الضوء ، تستخدم للإضاءة أو الإشارة.
• تركيبات الألعاب النارية الملونة - تنتج شرارات فاتحة أو بيضاء أو متعددة الألوان.

التطبيق

تُستخدم بعض تقنيات التكوينات النارية والمنتجات في الصناعة والطيران لتوليد كميات كبيرة من الغاز (على سبيل المثال ، في الوسائد الهوائية) ، وكذلك في مختلفالأربطة وفي حالات أخرى مماثلة. كما أنها تستخدم في الصناعة العسكرية عند الحاجة إلى كميات كبيرة من الضوضاء أو الضوء أو الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، الصواريخ الخادعة والقنابل الضوئية والقنابل الصوتية. يتم حاليًا البحث عن فئة جديدة من تركيبات المواد التفاعلية من قبل الجيش.

غالبًا ما تكون العديد من مركبات الألعاب النارية (خاصة تلك التي تحتوي على الألومنيوم والبيركلورات) شديدة الحساسية للاحتكاك والصدمات والكهرباء الساكنة. حتى أقل من 0.1 إلى 10 مليجول من الشرارة يمكن أن تسبب تأثيرات معينة.

بارود

هذا هو المسحوق الأسود الشهير. إنه أول انفجار كيميائي معروف ، يتكون من خليط من الكبريت (S) والفحم (C) ونترات البوتاسيوم (الملح الصخري ، KNO 3). يعمل المكونان الأولان كوقود ، والثالث مؤكسد. نظرًا لخصائصه الحارقة وكمية الحرارة والغاز التي ينتجها ، يستخدم البارود على نطاق واسع في تصنيع شحنات الوقود في الأسلحة النارية والمدفعية. بالإضافة إلى أنها تستخدم في صناعة الصواريخ والألعاب النارية والعبوات الناسفة في المحاجر والتعدين وبناء الطرق.

مؤشرات

تم اختراع البارود في الصين في القرن السابع وانتشر في معظم أنحاء أوراسيا بحلول نهاية القرن الثالث عشر. تم تطوير المسحوق في الأصل من قبل الطاويين للأغراض الطبية ، وقد استخدم في الحرب حوالي 1000 بعد الميلاد.

يصنف البارود إلىكمتفجر صغير بسبب معدل التحلل البطيء نسبيًا وانخفاض brisance.

القوة المتفجرة

اشتعال البارود المعبأ خلف المقذوف يخلق ضغطًا كافيًا لإطلاق الكمامة بسرعة عالية ، ولكنها ليست قوية بما يكفي لتفجير فوهة البندقية. لذلك يعتبر البارود وقودًا جيدًا ، لكنه أقل ملاءمة لتدمير الأحجار أو التحصينات بسبب قوته التفجيرية المنخفضة. من خلال نقل طاقة كافية (من المادة المحترقة إلى كتلة قذيفة المدفع ، ثم منها إلى الهدف عبر ذخيرة الصدمة) ، يمكن للمهاجم في النهاية التغلب على دفاعات العدو المحصنة.

استخدم البارود على نطاق واسع لملء القذائف وكان يستخدم في مشاريع التعدين والهندسة المدنية حتى النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، عندما تم اختبار المتفجرات الأولى. لم يعد يستخدم المسحوق في الأسلحة الحديثة والتطبيقات الصناعية بسبب فعاليته المنخفضة نسبيًا (مقارنة بالبدائل الأحدث مثل الديناميت ونترات الأمونيوم أو زيت الوقود). تقتصر أسلحة البارود النارية اليوم في الغالب على الصيد وإطلاق النار على الهدف.

مصدر حرارة الألعاب النارية

التركيبات النارية هي جهاز يعتمد على مواد قابلة للاحتراق مع جهاز إشعال مناسب. يتمثل دورهم في إنتاج كمية محكومة من الحرارة. عادة ما تعتمد مصادر الألعاب النارية على مؤكسدات وقود شبيهة بالثرمايت (أو مثبطة للتكوين) مع معدل احتراق منخفض ،ناتج حرارة مرتفع عند درجة الحرارة المطلوبة وتكوين غاز قليل أو معدوم.

يمكن تفعيلها بعدة طرق. المطابقات الكهربائية وأغطية التأثير هي الأكثر شيوعًا.

غالبًا ما تستخدم مصادر الحرارة النارية لتنشيط البطاريات ، حيث تعمل على إذابة الإلكتروليت. هناك نوعان رئيسيان من التصميم. يستخدم المرء شريط مصهر (يحتوي على كرومات الباريوم ومسحوق معدن الزركونيوم في ورق خزفي). تعمل تركيبات التحبيب الحراري بألعاب نارية على طول حافتها لبدء الاحتراق. يبدأ الشريط عادة بإشعال أو قابس كهربائي باستخدام التيار.

يستخدم التصميم الثاني ثقبًا مركزيًا في حزمة البطارية حيث يطلق المشعل الكهربائي عالي الطاقة مزيجًا من الغازات القابلة للاحتراق والمصابيح المتوهجة. يمكن أن يقلل التصميم المزود بفتحة مركزية من وقت التنشيط بشكل كبير (عشرات المللي ثانية). للمقارنة ، نلاحظ أنه في الأجهزة ذات الشريط الجانبي ، يكون هذا المؤشر بمئات المللي ثانية.

يمكن أيضًا تمكين البطارية باستخدام برايمر صدمات شبيه بالبندقية. من المستحسن أن يكون مصدر التعرض بدون غاز. عادةً ما يتكون التركيب القياسي لمخاليط الألعاب النارية من مسحوق الحديد وفوق كلورات البوتاسيوم. في نسب الوزن ، هذه هي 88/12 و 86/14 و 84/16. كلما ارتفع مستوى البركلورات ، زاد ناتج الحرارة (اسميًا 200 و 259 و 297 سعرة حرارية / جرام). حجم وسمك أقراص فوق كلورات الحديد لهما تأثير ضئيل على معدل الاحتراق ، لكنهما لهما تأثير ضئيلالتأثيرات على الكثافة والتركيب وحجم الجسيمات ويمكن استخدامها لضبط ملف إطلاق الحرارة المطلوب.

تركيبة أخرى مستخدمة هي الزركونيوم مع كرومات الباريوم. يحتوي خليط آخر على 46.67٪ تيتانيوم ، 23.33٪ بورون غير متبلور ، وحوالي 30٪ كرومات الباريوم. يتوفر أيضًا 45٪ تنجستن ، 40.5٪ كرومات الباريوم ، 14.5٪ فوق كلورات البوتاسيوم ، و 1٪ كحول فينيل وخلات الموثق.

يمكن استخدام التفاعلات لتشكيل المكونات المعدنية للتركيبات النارية ، مثل الزركونيوم مع البورون ، عند الرغبة في التشغيل بدون غاز ، والسلوك غير الاسترطابي والاستقلالية عن الضغط المحيط.

مصدر الحرارة

يمكن أن يكون جزءًا مباشرًا من تركيبة الألعاب النارية ، على سبيل المثال ، في مولدات الأكسجين الكيميائي ، يتم استخدام مثل هذا المكون مع وجود فائض كبير من المؤكسد. تستخدم الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق للتحلل الحراري. فيما يتعلق بالحرق البارد ، تُستخدم التراكيب لإنتاج دخان ملون أو لرش رذاذ مثل المبيدات الحشرية أو غاز CS ، مما يوفر حرارة التسامي للمركب المطلوب.

يمكن استخدام مكون إعاقة الطور في التركيبة ، والذي يشكل مع نواتج الاحتراق خليطًا مع درجة حرارة انتقال طور مميزة واحدة ، لتثبيت ارتفاع اللهب.

المواد

التركيبات النارية عادة ما تكون مخاليط متجانسة صغيرةجزيئات الوقود والمؤكسدات. قد يكون الأول عبارة عن حبوب أو رقائق. بشكل عام ، كلما زادت مساحة سطح الجزيئات ، زاد معدل التفاعل والاحتراق. لبعض الأغراض ، تستخدم المجلدات لتحويل المسحوق إلى مادة صلبة.

وقود

تعتمد الأنواع النموذجية على مساحيق معدنية أو معدنية. قد يشير التكوين إلى عدة أنواع مختلفة من الوقود. يمكن أن يعمل البعض أيضًا كمواد رابطة.

معادن

تشمل أنواع الوقود الشائعة:

• الألمنيوم هو الوقود الأكثر شيوعًا في العديد من فئات المخاليط ، فضلاً عن كونه منظمًا لعدم استقرار الاحتراق. لهب ذو درجة حرارة عالية مع جزيئات صلبة تتداخل مع ظهور الأصباغ ، وتتفاعل مع النترات (باستثناء الأمونيوم) لتكوين أكاسيد النيتروجين والأمونيا والحرارة (رد الفعل بطيء عند درجة حرارة الغرفة ، ولكنه عنيف فوق 80 درجة مئوية ، قد يشتعل ذاتيًا)
• Magnalium عبارة عن سبيكة من الألومنيوم والمغنيسيوم أكثر استقرارًا وأقل تكلفة من معدن واحد. أقل تفاعلًا من المغنيسيوم ، ولكنه أكثر قابلية للاشتعال من الألمنيوم.
• حديد - يصنع الشرر الذهبي ، عنصر شائع الاستخدام
• الصلب سبيكة من الحديد والكربون تنتج شرارات متفرعة من الأصفر إلى البرتقالي.
• الزركونيوم - ينتج جزيئات ساخنة مفيدة للخلائط القابلة للاشتعال ، مثل البادئ المعياري لوكالة ناسا ، ولقمع عدم استقرار الاحتراق.
• التيتانيوم - ينتج الألعاب النارية والمركبات الساخنة ، ويزيدالحساسية للصدمة والاحتكاك. في بعض الأحيان يتم استخدام سبيكة Ti4Al6V التي تنتج شرارات بيضاء أكثر سطوعًا. جنبا إلى جنب مع فوق كلورات البوتاسيوم ، يتم استخدامه في بعض المشعلات النارية. ينتج المسحوق الخشن شرارات متفرعة جميلة باللونين الأزرق والأبيض.
• Ferrotitanium عبارة عن سبيكة من الحديد والتيتانيوم تخلق شرارات لامعة تُستخدم في نجوم الألعاب النارية والصواريخ والمذنبات والنافورات.
• Ferrosilicon هي مادة حديدية سليكونية تستخدم في بعض التوليفات ، وفي بعض الأحيان تحل محل سيليكات الكالسيوم.
• المنجنيز - يستخدم للتحكم في معدل الاحتراق ، على سبيل المثال ، في التركيبات مع تأخير.
• الزنك - يستخدم في بعض تركيبات الدخان مع الكبريت ، والذي يستخدم كوقود للهواة للصواريخ ، وكذلك في نجوم الألعاب النارية. حساس للرطوبة. قد تشتعل من تلقاء نفسها. نادرًا ما يستخدم كوقود رئيسي (باستثناء تركيبات الدخان) ، يمكن استخدامه كمكوِّن إضافي.
• نحاسي - يستخدم كصبغة زرقاء مع الأنواع الأخرى.
• النحاس عبارة عن سبيكة من الزنك والنحاس تستخدم في بعض صيغ الألعاب النارية.
• التنجستن - يستخدم للتحكم في معدل احتراق التراكيب وإبطائها.

وتجدر الإشارة إلى أنه من الخطر صنع تراكيب نارية بيديك.