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烟火药
pyrotechnic composition
主要利用其燃烧反应产生可见光、红外辐射、高热、高压气体、气溶胶烟幕和声响等效应的弱爆炸性物质。属于低速炸药。烟火药在军事和工业、农业、交通、运输业及电影摄制等方面都有广泛用途。
成分及其作用 烟火药由氧化剂、可燃物和粘合剂等组成，燃烧时产生光、热、烟、声等效应。常用的氧化剂有氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐、铬酸盐、过氧化物、氧化物等。氧化剂在高温下分解出氧，使可燃物氧化燃烧。常用的可燃物有易燃金属粉、木炭、硫、硅和硅化物以及金属或金属硫化物等。常用的粘合剂有天然树脂（例如虫胶、松香等）和合成树脂（例如酚醛树脂等）、糊精以及油类等。粘合剂的作用是将各成分彼此粘合，增加药剂强度，延缓燃烧速度。有色光剂中附加各种火焰染色剂：红光采用硝酸锶、碳酸锶、草酸锶；绿光采用硝酸钡、氯酸钡；黄光采用硝酸钠、草酸钠、冰晶石、氟化钠；蓝光采用铜粉、碳酸铜、巴黎绿以及其他铜的化合物。有色发烟药则附加受热易升华的染料。
分类 中国通常将烟火药分为发光剂、发烟剂、燃烧剂和花火剂等。
发光剂 分为照明剂、闪光剂、有色光剂和曳光剂。
① 照明剂 如供战场照明用的照明弹，用于空中夜间侦察摄影以及地面摄影用的摄影照明剂等。照明剂要求具有较高的发光强度与较长的照明时间，火焰中必须具有灼热的固体和液体微粒。火焰的辐射能量随火焰温度的提高而迅速上升。照明剂的火焰温度应不低于2000C。照明剂含镁粉达56％时能获得最大的发光效率。现代照明剂典型配方(％)含镁粉55、硝酸钠40、合成树脂5,比光能达到50000cd·s/g。照明弹药的发光强度视弹体口径而异，一般为500～2000kcd,照明时间从30s到数分钟。
② 闪光剂 主要有两种类型：一种含铝镁合金粉和高氯酸钾；另一种仅含铝镁合金。前者较敏感，后者较安全。当燃烧时，闪光剂要求在0.1s内产生数亿至数十亿坎德拉的最大光度。
③ 有色光剂 主要供昼夜传递信号。常用有色光剂有红、黄、绿、蓝、白等五种光色。对有色光剂主要要求其色度，其次是光度，但燃烧所放出的能量，必须足以激发或电离在火焰中的气态分子或原子，呈现出各种接近单色的火焰辐射。红光药剂含有锶盐和氯化合物等。药剂燃烧时氯化锶在高温下离解生成一氯化锶并放出游离氯。由于一氯化锶辐射红光的光谱，所以能呈现出鲜明的红光。其他各种有色光剂，如钡盐产生绿光、钠盐产生黄光，铜盐产生蓝光。
④ 曳光剂 用于装填曳光弹和用于指示飞行弹丸及火箭的弹道轨迹，其基本成分与有色光剂相似。曳光弹除了需要承受炮膛内高压高温发射药燃烧体的冲击外，还需承受弹丸高速旋转与巨大加速度的作用，所以曳光弹必须以足够的压力装于曳光管壳中。另外，弹丸尾流低压区能吸走反应体产物，使燃烧传播可能中断。因此，要求曳光剂燃烧残渣必须是溶渣状，且其溶渣能附着于管壳内。典型曳光剂配方(％)含镁粉28、硝酸锶40、高氯酸钾20、草酸锶8、松脂酸钙4。
发烟剂 分为遮蔽发烟剂和有色发烟剂。发烟剂通过燃烧或分散形成较稳定的气溶胶。气溶胶中含有很多固体或液体微粒，它们吸收与散射光线，起到遮蔽目标的作用。常用的发烟剂有黄磷、赤磷、HC烟幕剂（含六氯乙烷、铝粉和氧化锌）等。有色发烟剂能形成各种有色烟雾，供白天传递信号之用。常用的有色发烟剂配方(％)含氯酸钾30、碳水化合物20、染料50。
燃烧剂 分为金属燃烧剂、石油燃烧剂、石油与金属燃料混合物燃烧剂、黄磷燃烧剂以及金属有机化合物燃烧剂等。燃烧剂原理是应用烟火剂在燃烧时产生高温以烧毁军事目标与各种建筑物。典型的高热－燃烧剂的配方(％)为：硝酸钡26、四氧化三铁50、铝粉24。
花火剂 基本成分与军用烟火药相似，唯花火剂多供近距离欣赏，如节日施放的烟火和礼花（见彩图[矿山爆破]、[节日礼花]、[民间烟火]），对发光强度要求不高，但色彩要绚丽，可燃物一般采用铝粉、铁粉、硫和木炭粉等。胶粘剂大多采用天然树脂和糊精等，目前也有采用合成树脂的。除此以外，还有声响剂和声响闪光剂。花火剂常含有高氯酸钾、铝粉与硫化锑。声响剂含有氯酸钾与没食子酸或高氯酸钾与苯甲酸钾。
生产 烟火药的性能既取决于配方组成，又与生产制造工艺有关。通常采用下列生产过程：①粉碎。将药剂各组分分别进行破碎，使药剂表面积增大。经粉碎的药剂易于引燃，并具有均匀的燃烧速度。粉碎设备可采用球磨机、轮碾机、高速粉碎机以及风动粉碎机等。②筛选。用一定型号的金属筛或丝绢筛，筛取所需粒度的材粒。③烘干。药剂中过量的水分存在将影响药剂的长贮安定性及其性能，凡超过规定含水量的材料都需烘干。烘干设备通常采用水浴或蒸汽烘箱烘干温度以5080C为宜，烘干时间视材料及其含水量而定。④钝化。烟火药中常用镁、铁、锌等易氧化的金属粉作可燃物，为避免在空气中氧化，常将这些金属粉包覆钝化。方法是将其放入钝化器内，注入熔融的钝化剂（例如硬脂酸或石蜡），在加热下搅拌，混合均匀后，经冷却与过筛即可。也可采用亚麻子油或聚氯乙烯等合成树脂溶液为钝化剂。⑤混合。将药剂各组分混匀，以获得预期最佳的烟火效应。通常采用搅拌式混药机，该机搅拌桨和内壁均用有色金属材料制成，避免由于摩擦、碰撞发生火花而造成燃烧或爆炸事故。混合程序通常先将可燃物与粘合剂混合，后加入氧化剂，直到混合均匀为止。⑥造粒。烟火药中各成分的比重不同，易造成药剂分层，影响药剂性能，因此药剂须进行造粒以改善药剂的流散性。造粒是将药剂混合成湿润的面团状后，通过一定网目筛获得粒度均匀的颗粒，经烘干即成。⑦压药。烟火药中除闪光剂采用松散装药外，一般都加压装填到金属、塑料或纸管中。小型烟火制品可直接压制成药柱或药饼。经压制后的药剂具有较高的机械强度与稳定的燃烧速度，并具有良好的烟火效应。
参考书目
R.Lancaster,Fireworks,Principles and Practice,Chemical Pub.Co.,New York,1972.
..，,-，，1964.J.H. McLain, Pyrotechnics (Viewpoint of Solid State Chemistry , The Franklin Institute Press,Philadelphia,1980.
焦武达
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