Флэш-порошок — это пиротехнический состав , смесь окислителя и металлического топлива , который быстро горит (дефлагрирует) и производит громкий шум независимо от ограничения. Он широко используется в театральной пиротехнике и фейерверках (а именно салютах , например, вишневыми бомбами , М-80 , петардами и выстрелами из пистонов ), а также когда-то использовался для вспышек в фотографии .
Различные разновидности пороха вспышки изготавливаются из различных составов; наиболее распространенными являются перхлорат калия и алюминиевый порошок . Иногда в смесь включают серу для повышения чувствительности. Ранние составы использовали хлорат калия вместо перхлората калия.
Вспышечные пороховые составы также используются в военной пиротехнике, когда требуется создание большого количества шума, света или инфракрасного излучения, например, в качестве ложных ракетных мишеней и светошумовых гранат .
Порошок ликоподиума представляет собой желтовато-коричневый пылевидный порошок, который исторически использовался в качестве вспышечного порошка. [1] Сегодня основное применение порошка — создание вспышек или пламени, которые являются большими и впечатляющими, но которыми относительно легко безопасно управлять в фокусах , а также для создания спецэффектов в кино и театре .
Обычно смеси для вспышки составляются для достижения определенной цели. Эти смеси варьируются от чрезвычайно быстро горящих смесей, предназначенных для создания максимального звукового отчета, до смесей, предназначенных для медленного горения и обеспечения большого количества освещения, до смесей, которые ранее использовались в фотографии.
Комбинация алюминиевого порошка и хлората калия нестабильна и является плохим выбором для флэш-пороха, который должен храниться дольше, чем очень короткий период. По этой причине его в значительной степени заменили смеси перхлората калия. Смеси хлората по-прежнему используются, когда стоимость является первостепенным вопросом, поскольку хлорат калия дешевле перхлората.
Самым простым является двухкомпонентная хлоратная смесь, хотя она применяется редко.
Состав реагентов приведенного выше стехиометрически сбалансированного уравнения составляет приблизительно 70% KClO3 : 30% Al по весу.
Считается критически важным исключить серу и любые кислотные компоненты из этих смесей. Сера окисляется и поглощает влагу, образуя серную и тионовую кислоты ; любая кислота в смеси делает ее нестабильной. Иногда в смесь добавляют несколько процентов бикарбонатного или карбонатного буфера, чтобы гарантировать отсутствие кислотных примесей.
Сера намеренно добавляется в эту смесь в качестве третьего компонента, чтобы снизить энергию активации . [2] [3] Однако это создает проблему с образованием кислоты и нестабильностью, поэтому такие смеси обычно считаются слишком нестабильными для хранения и должны смешиваться непосредственно перед использованием. Трисульфид сурьмы может использоваться в качестве альтернативы, и он более стабилен при хранении. [2] [3]
Этот состав, обычно в соотношении 5 частей нитрата калия, 3 частей алюминиевого порошка, 2 частей серы, особенно популярен среди любителей. Он не очень быстро горит, если не используются исключительно мелкие ингредиенты. Хотя он включает серу, на самом деле он довольно стабилен, выдерживая множественные удары молотка по твердой поверхности. Считается, что добавление 2% его веса с борной кислотой значительно увеличивает стабильность и срок годности за счет устойчивости к увлажнению из-за влажности окружающей среды. Другие соотношения, такие как 6 KNO 3 /3 Al/1 S и 5 KNO 3 /2 Al/3 S, также существуют и работают. Все соотношения имеют схожее время горения и прочность, хотя 5 KNO 3 /3 Al/2 S, по-видимому, является доминирующим.
Состав реагентов приведенного выше стехиометрически сбалансированного уравнения составляет приблизительно 59% KNO3 : 31,6% Al : 9,4% S по весу .
Для достижения наилучших результатов следует использовать алюминий "German Dark" с воздушной флотацией серы и тонко измельченной в шаровой мельнице чистой калиевой селитрой. Готовую смесь ни в коем случае нельзя измельчать в шаровой мельнице вместе.
Алюминиевый порошок и перхлорат калия — единственные два компонента стандартного вспышечного пороха пиротехнической промышленности. Он обеспечивает отличный баланс стабильности и мощности и является составом, используемым в большинстве коммерческих взрывающихся фейерверков.
Сбалансированное уравнение реакции имеет вид:
Стехиометрическое соотношение составляет 34,2% алюминия и 65,8% перхлората по массе. Соотношение семи частей перхлората калия к трем частям темного пироалюминия — это состав, используемый большинством пиротехников.
Для достижения наилучших результатов алюминиевый порошок должен быть марки «Dark Pyro» с чешуйчатой формой частиц и размером менее 10 микрометров. KClO 4 должен быть в виде порошка, без комков. При необходимости его можно просеять через сито, чтобы удалить любые комки перед использованием. Размер частиц перхлората не так важен, как у алюминиевого компонента, поскольку для разложения KClO 4 требуется гораздо меньше энергии , чем для расплавления алюминия в жидкое состояние, необходимое для реакции.
Хотя этот состав довольно нечувствителен, с ним следует обращаться осторожно и уважительно. Пиротехники-любители обычно используют метод, называемый «подгузником» , при котором материалы высыпаются отдельно на большой лист бумаги, который затем поочередно поднимается за каждый угол, чтобы прокатать состав по себе и смешать компоненты. Некоторые пиротехники-любители предпочитают смешивать состав, встряхивая его в закрытом бумажном контейнере, так как это намного быстрее и эффективнее, чем подгузник. Один из методов смешивания вспышки заключается в том, чтобы поместить компоненты в конечное устройство, и обращение с устройством смешает порошок вспышки. Бумага/картон выбирают вместо других материалов, таких как пластик, из-за его благоприятных трибоэлектрических свойств.
Большие количества никогда не следует смешивать в одной партии, так как с ними трудно обращаться безопасно, и они могут подвергнуть риску окружающих. В случае случайного возгорания осколки от взрыва многофунтовой вспышки пороха могут быть отброшены на сотни футов с достаточной силой, чтобы убить или ранить. (Примечание: 3 грамма смеси достаточно, чтобы взорваться на открытом воздухе без каких-либо ограничений, кроме давления воздуха.)
Независимо от количества, всегда следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить электростатического разряда или трения во время смешивания или обращения, так как это может привести к случайному возгоранию.
Другой популярный среди любителей состав вспышки состоит из порошка магния и нитрата калия . Использовались и другие нитраты металлов, включая нитраты бария и стронция . Составы с использованием нитрата и металлического магния использовались в качестве фотографических вспышек почти с момента изобретения фотографии. Порошок вспышки из нитрата калия и магния следует смешивать и использовать немедленно, а не хранить из-за его тенденции к самовоспламенению.
Если магний не очень мелкий порошок, его можно пассивировать льняным маслом или дихроматом калия. Пассивированный магниевый флэш-порошок стабилен и, как правило, безопасен для хранения.
Состав 62,5% KNO 3 : 37,5% Mg по весу для реагентов приведенного выше стехиометрически сбалансированного уравнения. Ниже приведена та же реакция, но с участием нитрата бария .
Смеси, предназначенные для отчетов, существенно отличаются от смесей, предназначенных для освещения. Стехиометрическое соотношение трех частей KNO 3 к двум частям Mg близко к идеальному и обеспечивает наиболее быстрое горение. Магниевый порошок должен быть меньше 200 меш, хотя подойдет и 100 меш. Нитрат калия должен быть неощутимой пылью. Эта смесь популярна в любительской пиротехнике, потому что она нечувствительна и относительно безопасна в таких случаях.
Для фотографического использования смеси, содержащие магний и нитраты, делаются гораздо более горючими. Избыток магния улетучивается в результате реакции и сгорает на воздухе, обеспечивая дополнительный свет. Кроме того, более высокая концентрация топлива приводит к более медленному горению, обеспечивая больше «пуфа» и меньше «бац» при воспламенении. Формула 1917 года указывает 5 частей магния на 6 частей нитрата бария для стехиометрии девять частей топлива на одну часть окислителя. [4] Современные воссоздания фотографических вспышечных порошков могут избегать использования солей бария из-за их токсичной природы. Смесь пяти частей 80-й сетки магния на одну часть нитрата калия обеспечивает хорошую белую вспышку, не будучи слишком резкой. Вспышечные порошки с высоким содержанием топлива также используются в театральных вспышечных горшках .
Составы на основе магния разлагаются в течение длительного времени, что означает, что металлический Mg будет медленно реагировать с кислородом воздуха и влагой. В военной пиротехнике, включающей магниевое топливо, внешний кислород может быть исключен путем использования герметично закрытых канистр. Коммерческие фотовспышечные порошки продаются в виде двухкомпонентных смесей, которые необходимо смешивать непосредственно перед использованием.
Вспышечный состав, специально разработанный для создания вспышек, которые исключительно яркие в инфракрасной части спектра, использует смесь пиротехнического магния и порошкообразного политетрафторэтилена . Эти вспышки используются в качестве ложных целей от самолетов, которые могут быть подвергнуты огню ракет с тепловым наведением.
Эта смесь и похожие смеси, иногда содержащие пироалюминий, использовались с начала 1900-х годов для небольших бумажных петард в стиле «Черная кошка» . Ее чрезвычайно низкая стоимость делает ее популярной среди производителей низкосортных фейерверков в Китае. Как и все смеси, содержащие хлораты, она чрезвычайно чувствительна к трению, удару и электростатическому разряду и считается небезопасной в пиротехнических устройствах, содержащих более нескольких десятков миллиграммов смеси.
Эта смесь не очень энергична, и, по крайней мере, в некоторых частях Соединенных Штатов петарды, содержащие 50 мг или менее этой смеси, разрешены в качестве потребительских фейерверков.
Флэш-порошки даже в рамках предполагаемого использования часто высвобождают взрывную силу смертоносной мощности. Почти все широко используемые смеси флеш-порошка чувствительны к удару, трению и электростатическому разряду. В некоторых смесях эта чувствительность нередко спонтанно меняется со временем или из-за изменения окружающей среды или других неизвестных факторов либо при первоначальном производстве, либо при реальном хранении. Кроме того, случайные загрязнители, такие как сильные кислоты или соединения серы, могут сделать их еще более чувствительными. Поскольку смеси флеш-порошка так легко инициируются, существует потенциальный высокий риск случайных взрывов, которые могут вызвать серьезные травмы от взрыва/осколков, например, слепоту, взрывную ампутацию, постоянные увечья или обезображивание. Имели место смертельные случаи. Поэтому с различными составами флеш-порошка не следует работать тем, кто не знаком с их свойствами или методами обращения, необходимыми для поддержания безопасности. Флэш-порошок и устройства с флеш-порохом представляют исключительно высокий риск для детей, которые, как правило, не могут понять опасность и могут быть менее искусны в безопасных методах обращения. В результате дети, как правило, получают более серьезные травмы, чем взрослые.
Флэш-порохи, особенно те, которые используют хлорат , часто очень чувствительны к трению, теплу/пламени и статическому электричеству . Искра всего лишь в 0,1–10 миллиджоулей может привести к срабатыванию некоторых смесей. Некоторые формулы, известные в подпольной прессе, содержат как серу , так и хлорат калия . Эти смеси особенно чувствительны к ударам и трению и во многих случаях их следует считать непредсказуемыми. Современная пиротехническая практика требует никогда не использовать серу в смесях, содержащих хлоратные соли.
Некоторые составы флэш-пороха (те, которые используют в качестве топлива чешуйчатый алюминиевый порошок с размером частиц в одну цифру микрометра или мелкий магниевый порошок) могут самоограничиваться и взрываться в небольших количествах. Это делает флэш-порох опасным в обращении, поскольку он может вызвать серьезные повреждения слуха и ампутацию даже при сидении на открытом воздухе. Самоограничение происходит, когда масса кучи обеспечивает достаточную инерцию, чтобы позволить высокому давлению нарастать внутри нее по мере реакции смеси. Это называется «инерционным ограничением», и его не следует путать с детонацией.
Пиротехникам-любителям не следует смешивать в больших количествах порох-вспышку любой формулы. Новичкам следует начинать с субграммовых количеств и воздерживаться от изготовления крупных устройств. Порох-вспышку следует изготавливать только на месте, где он будет использоваться. Кроме того, смесь следует изготавливать непосредственно перед использованием. При смешивании могут вступить в силу законы о транспортировке, хранении, использовании, владении различными видами оружия и незаконном «огнестрельном оружии» (включая тяжкие преступления), которые не применяются к несмешанным или предварительно собранным компонентам.