При приготовлении пиротехнических составов желательно применять горючие полностью сгорающие за счет возможно меньшего количества окислителя, так как при увеличении в единице массы пиротехнического состава количества окислителя в нем остается соответственно меньшее количество горючего, и это ведет к понижению количества тепла, выделяемого при сгорании этой единицы массы состава.
Здесь уместно будет привести конкретные примеры, применяющихся горючих, по группам.
Неорганические горючие
Металлы (высококалорийные): бериллий, алюминий, цирконий, магний, титан.
Металлы (низкокалорийные): цинк, железо, сурьма, мышьяк, кадмий.
Сплавы: алюминий-магний, магний-кремний, алюминий-кремний.
Растворы металлов: металл-аммиак.
Неметаллы: фосфор, углерод (сажа, древесный уголь), бор, сера.
Соединения: сесквисульфид сурьмы, сесквисульфид фосфора (P4S3), сульфид мышьяка, пирит (FeS2), прочие неорганические соединения (гидриды металлов, фосфиды, силициды, карбиды, нитриды, амиды, азиды, борокарбиды, гидриды бора, сложные гидриды, гидразин и другие).
Металлоорганические соединения.
Органические горючие
Углеводы: молочный и свекловичный сахар, клетчатка (древесные опилки).
Углеводороды алифатического и карбоциклического ряда и их смеси: бензин, керосин, нефть, дизтоплива.
Органические вещества других классов: уротропин, метальдегид, стеариновая кислота, дициандиамид, органические гидразины, органические амины, ароматические амины, спирты, органические окиси.
Физико-химические свойства горючих
Мерилом калорийности при сгорании 1грамма простого вещества в окисел, может служить количество тепла Q1, выделяющееся при сгорании вещества за счет кислорода воздуха. Вычисление величины Q1 производится делением грамм-молекулярной теплоты Q образования окисла на величину m • A, где A — атомный вес, m — количество атомов элемента, входящее в молекулу окисла.
Количество тепла Q2, выделяющееся при образовании 1грамма окисла, может до некоторой степени служить мерилом калорийности смесевого состава, в котором то или иное горючее сгорает за счет кислорода окислителя.
Количество тепла Q3, получаемое от деления грамм-молекулярной теплоты образования окисла Q на число атомов в молекуле окисла n, позволяет судить, в известной мере, о температуре реакции горения элемента, так как в первом приближении температура реакции горения пропорциональна количеству тепла, которое приходится на 1 грамм-атом, то есть пропорциональна Q3.
В таблице 3 приведены данные о количестве тепла, выделяющегося при сгорании наиболее калорийных элементов, применяемых в пиротехнике.
Наряду с калорийностью горючего, отнесенной к единице массы, в пиротехнике большое значение имеет количество тепла, выделяющееся при сгорании единицы объема горючего (Q4 ккал/см3).
Таблица 3. Количество тепла в ккал, выделяющееся при сгорании
1 грамма (Q1) и 1 см3 (Q4) некоторых веществ
Вещество
Q1
Q4
Вещество
Q1
Q4
Be
16,21
29
Р (белый)
5,9
11
АI
7,45
20
Na
4,34
—
Mg
5,9
10
Li
10,25
5,12
Са
3,8
6
С (графит)
7,86
17,3
Ti
4,6
20
Fe
1,8
14
Zr
2,9
18
Mn
1,7
12
В
14,0
33
Zn
1,3
9
Si
7,4
18
Из таблицы 3 видно, что тяжелые металлы, например, Zr и W имеют объемную калорийность, сравнимую с алюминием и значительно большую чем у магния. Наибольшее количество тепла, как при сгорании за счет кислорода воздуха, так и при сгорании за счет кислорода окислителя, выделяют бериллий, алюминий, бор, магний, кремний, титан, фосфор, углерод, цирконий. Из них наиболее высокую температуру при горении должны развивать цирконий, алюминий, магний. Основным металлическим горючим в пиротехнике считается алюминий, второе место по употребимости занимает магний. Бериллий применяется в основном в составах ракетного топлива и является эффективным, но слишком дорогим горючим. Перспективными горючими являются цирконий, титан, однако, мелкодисперсный цирконий является опасным веществом, воспламеняющимся иногда даже при комнатной температуре и обычно применяется в быстрогорящих составах, например, имитационных, а также в безгазовых и воспламенительных составах. Большим достоинством циркония является малое количество кислорода, расходуемое на его горение (смотри таблицу 4), и в связи с большой плотностью циркония объемная калорийность его смеси с окислителем значительна, что позволяет применять его в таких малогабаритных изделиях, в которых применение других горючих было бы менее эффективно. Титан при температуре горения легко реагирует не только с кислородом, но и азотом воздуха, образуя нитрид титана, что может несколько улучшить сгораемость пиротехнических смесей на основе титана при недостатке в смеси окислителя и затрудненности подвода свежего воздуха, необходимого для дожигания.