В пиротехнике пиротехнический инициатор (также инициатор или воспламенитель ) — это устройство, содержащее пиротехнический состав, используемый в первую очередь для воспламенения других, более трудновоспламеняемых материалов, таких как термитные смеси , газогенераторы и твердотопливные ракеты . Название часто используется также для самих составов.
Пиротехнические инициаторы часто управляются электрически (так называемые электропиротехнические инициаторы ), например, с помощью нагретой перемычки или мостового резистора . Они чем-то похожи на капсюли -детонаторы или другие детонаторы , но отличаются тем, что не имеют намерения создавать ударную волну . Примером такого пиротехнического инициатора является электрическая спичка .
Используемый энергетический материал, часто называемый пирогеном , обычно представляет собой пиротехнический состав , состоящий из топлива и окислителя, где топливо производит значительное количество горячих частиц, которые вызывают/способствуют воспламенению желаемого материала.
Составы инициаторов похожи на флэш-порошки , но они отличаются по скорости горения, поскольку взрыв не предполагается, и имеют намеренно высокое производство горячих частиц. Они также, как правило, легче воспламеняются, чем термиты , с которыми они также имеют сходство.
Обычные окислители, используемые в качестве окислителей, — перхлорат калия и нитрат калия . Обычные виды топлива, используемые в качестве топлива , — титан , гидрид титана (II) , цирконий , гидрид циркония и бор . Размер частиц топлива определяется для получения горячих частиц с требуемым временем горения.
Могут быть использованы более экзотические материалы, например, карбораны . [1]
Для специальных применений могут использоваться пирофорные воспламенители, которые воспламеняются при контакте с воздухом. Триэтилборан /TEA-TEB использовался в качестве воспламенителя для реактивных двигателей Lockheed SR-71 , двигателя Rocketdyne F-1 на первой ступени Saturn V, двигателя РД-180 НПО Энергомаш, используемого на первой ступени Atlas V, и двигателя Merlin компании SpaceX, используемого на первой ступени Falcon 9.
Одним из наиболее распространенных инициаторов является ZPP , или перхлорат циркония – калия – смесь металлического циркония и перхлората калия. Эта смесь используется в стандартном инициаторе NASA [2] , который используется для воспламенения различных пиротехнических систем, включая стандартный детонатор NASA . [3] Он обеспечивает быстрый рост давления, генерирует мало газа, выделяет горячие частицы при воспламенении, термически стабилен, имеет длительный срок хранения и стабилен в вакууме. Он чувствителен к статическому электричеству .
Другая распространенная формула воспламенителя — BPN , BKNO3 или борно-калиевая селитра , смесь 25% бора и 75% калиевой селитры по весу. Она используется, например, NASA . Она термически стабильна, стабильна в вакууме, а ее скорость горения не зависит от давления.
По сравнению с черным порохом, BPN горит значительно жарче и оставляет больше твердых остатков, поэтому черный порох предпочтительнее для систем многократного использования.
Высокая температура BPN делает его пригодным для использования там, где быстрое и воспроизводимое инициирование имеет решающее значение, например, для подушек безопасности , ракетных двигателей и ложных сигнальных ракет . Однако он относительно дорог.
БПН может также использоваться в качестве компонента твердого ракетного топлива .
BPN можно зажечь лазером. [4] Для зажигания в вакууме можно использовать полупроводниковый лазер с выходной мощностью не менее 0,4 Вт. [5]
Другие встречающиеся смеси – это перхлорат алюминия и калия и перхлорат титана , алюминия и калия. [6]
Смеси металл-гидрид -окислитель заменяют металл соответствующим гидридом . Они, как правило, безопаснее в обращении, чем соответствующие составы металл-окислитель. Во время горения они также выделяют водород , который может выступать в качестве вторичного топлива. Обычно используются гидрид циркония, гидрид титана и гидрид бора.
ZHPP ( гидрид циркония – перхлорат калия ) – это вариант ZPP, в котором вместо чистого циркония используется гидрид циркония . Он значительно безопаснее в обращении, чем ZPP. [7]
THPP (перхлорат калия гидрида титана) представляет собой смесь гидрида титана(II) и перхлората калия. Он похож на ZHPP. Как и ZHPP, он безопаснее в обращении, чем перхлорат титана-калия. [7]
Образование интерметаллического соединения может быть сильно экзотермической реакцией, которую можно использовать в качестве инициатора.
Титан - боровый состав является одной из самых горячих пиротехнических реакций в общем использовании. Он является твердофазным, безгазовым. Его можно использовать в качестве пиротехнического инициатора или для нагревания ограниченного газа для выполнения механической работы. [8]
Никель - алюминиевые ламинаты могут использоваться в качестве электрически инициируемых пиротехнических инициаторов. NanoFoil является таким материалом, доступным в продаже.
Алюминиевые провода, покрытые палладием, могут использоваться в качестве плавкой проволоки, известной как Pyrofuze . [9] Реакция инициируется теплом, обычно подаваемым импульсом электрического тока. Реакция начинается при 600 °C, температуре плавления алюминия, и бурно протекает до температуры 2200–2800 °C. Реакция не требует присутствия кислорода, и провод сгорает. [10]
Пирофуз выпускается в виде сплошной проволоки различных диаметров (от 0,002" до 0,02"), плетеной проволоки, ленты, фольги и гранул. Палладий, платина или палладий, легированный 5% рутения, могут использоваться вместе с алюминием. [11] [12] Пирофузные мостики могут использоваться в запалах и электрических спичках . Пирофузную фольгу можно использовать, например, для герметизации различных дозаторов или систем пожаротушения. [13] Также может использоваться палладиево-магниевый состав, но он недоступен в продаже или, по крайней мере, не так распространен. [14]
BNCP ( цис -бис-(5-нитротетразолато)тетраминкобальт(III) перхлорат ) — еще один распространенный инициирующий материал. Он относительно нечувствителен. Он подвергается дефлаграции в детонационный переход на относительно коротком расстоянии, что позволяет использовать его в детонаторах . Его побочные продукты горения наносят относительно небольшой вред окружающей среде. [15] Его можно поджечь лазерным диодом .
Азид свинца (Pb(N 3 ) 2 или PbN 6 ) иногда используется в пиротехнических инициаторах.
Также могут использоваться другие материалы, чувствительные к теплу, например, ГМТД , [16] тетразеновое взрывчатое вещество , мононитрорезорцинаты свинца, динитрорезорцинаты свинца и тринитрорезорцинаты свинца. [17]