Krudt er en multikomponent fast " sprængstof " ( ikke et sprængstof ) blanding, der er i stand til regelmæssig forbrænding i parallelle lag, uden ilt udefra, med frigivelse af en stor mængde termisk energi og gasformige produkter, der bruges til at kaste projektiler , raketbevægelser og til andre formål [1] .
Krudt tilhører klassen af drivstofsprængstoffer .
Den første repræsentant for sprængstoffer var sortkrudt - en mekanisk blanding af salpeter , kul og svovl , normalt i forholdet 5:3:2. [2] Der er en stærk opfattelse af, at sådanne forbindelser optrådte i antikken og blev brugt hovedsageligt som brandstiftende og destruktive midler.
Der er pålidelige talrige beviser for, at krudt blev opfundet i Kina . Ved midten af det første århundrede e.Kr. var salpeter kendt i Kina, og der er stærke beviser for brugen af salpeter og svovl i forskellige kombinationer, hovedsageligt til fremstilling af medicin [3] . Tao Hongjings kinesiske alkymistiske tekst "Bencao jing jizhu" (Commentary Pharmacopeia, Chinese trad.本草經集注) [4] [5] , dateret 492, beskriver en praktisk og pålidelig måde at skelne kaliumnitrat fra andre uorganiske salte, der tjener alkymister. at vurdere og sammenligne oprensningsmetoder - ved afbrænding af kaliumnitrat dannes en violet flamme. Gamle arabiske og latinske metoder til rensning af salpeter er offentliggjort efter 1200 [6] . Den første omtale af en blanding, der ligner krudt, dukkede op i Taishang Shengzu Danjing Mijue af Qing Xuzi (ca. 808) - processen med at blande seks dele svovl , seks dele salpeter til en del af kirkazon (urten, der forsynede blandingen med kulstof ) [7] er beskrevet . Den første beskrivelse af sådanne blandingers brandfarlige egenskaber er Zhenyuan miaodao yaolüe , en taoistisk tekst , der foreløbigt er dateret til :[6]midten af det 9. århundrede e.Kr. [8] . Det kinesiske ord " krudt " ( kinesisk trad.火藥, kinesisk ex.火药, pinyin huǒyào, bogstaveligt talt "medicinens ild" [9] ) kom i brug flere århundreder efter opdagelsen af blandingen [10] . Således faldt taoistiske munke og alkymister i det 9. århundrede, på jagt efter udødelighedens eliksir, ved et uheld over krudt [11] [12] . Kineserne brugte hurtigt krudt til at udvikle våben: i de følgende århundreder producerede de forskellige typer krudtvåben , herunder flammekastere [13] , raketter , bomber , primitive granater og miner , før der blev opfundet skydevåben, der bruger krudtets energi til faktisk at affyre projektiler [14] .
Wujing zongyao ( kinesisk trad. 武經總要, ex. 武经总要, pinyin wǔ jīng zǒng yào , bogstaveligt talt: " en samling af de vigtigste militærmetoder ") er en kinesisk militærafhandling skabt i 1044 under det nordlige Song-dynasti , kompilerede kendte videnskabsmænd Zeng Gongliang, Ding Du og Yang Weide, værket er det første manuskript i verden, som indeholder opskrifter på krudt, beskriver forskellige blandinger, som omfatter petrokemiske produkter, samt hvidløg og honning [15] . Blandt andet nævnes metoder til at bremse afbrændingen af krudt for at skabe fyrværkeri og raketter - hvis blandingen ikke indeholder nok salpeter til at skabe en eksplosion (den maksimale mængde salpeter reduceres med 50%), så brænder det blot [ 16] . Imidlertid blev Samlingen af de vigtigste militære teknikker skrevet af en embedsmand under Song-dynastiet , og der er ikke nok beviser for, at det havde en direkte betydning for militære operationer. Der er heller ingen omtale af brugen (brugen) af krudt i de annaler, der beskriver Kinas krige mod Tanguterne i det 11. århundrede. For første gang er oplevelsen af at bruge " Ildlansen " nævnt i beskrivelsen af belejringen af Dean i 1132 [17] .
Til dato er den vigtigste videnskabelige konsensus, at krudt blev opfundet i Kina og derefter spredt over hele Mellemøsten , og senere nåede Europa [18] . Måske blev dette gjort i det 9. århundrede, da alkymister ledte efter en udødelighedseliksir. Dens udseende førte til opfindelsen af fyrværkeri og tidlige eksempler på skydevåben . Spredningen af krudt i Asien fra Kina tilskrives i høj grad mongolerne. Hypotetisk nåede krudt Europa efter flere århundreder [2] . Der er dog uenigheder om, i hvilket omfang den kinesiske erfaring med brug af krudt i fjendtligheder påvirkede senere resultater i Mellemøsten og i Europa [2] [19] .
Det første videnskabelige arbejde i historien, der i detaljer afslørede processen med rensning af kaliumnitrat ( kaliumnitrat ) og beskrev, hvordan man fremstiller sortkrudt i det korrekte kvantitative forhold for at frembringe en eksplosion, var en bog af videnskabsmanden fra Mamluk-sultanatet Hasan al- Rammah . Arbejder med syntese af eksplosivt krudt af Hassan al Rammah satte skub i udviklingen af kanoner og raketter. Dette gjorde det muligt for mamelukkerne i Egypten at blive en af de første, der begyndte at bruge kanoner i militære anliggender på regelmæssig basis [20] [21] .
Fremstillingen af kaliumnitrat kræver udviklede teknologiske metoder, som først dukkede op med udviklingen af kemi i det 15.-16. århundrede og produktionen af salpetersyre af Glauber i 1625. Fremstillingen af kulstofmaterialer med et højt udviklet specifikt overfladeareal, såsom trækul , kræver også avanceret teknologi, som kun dukkede op med udviklingen af jernmetallurgi . Det mest sandsynlige er brugen af forskellige naturlige nitratholdige blandinger med organisk stof, som har de egenskaber, der ligger i pyrotekniske sammensætninger. En af opfinderne af krudtet anses for at være munken Berthold Schwartz .
I lang tid blev de rigeste forekomster af natriumnitrat i Chile og kaliumnitrat i Indien og andre lande intensivt udviklet. Men i lang tid blev salpeter til fremstilling af krudt også opnået kunstigt - på håndværksmæssig måde i den såkaldte salpeter. Det var dynger lavet af plante- og dyreaffald, blandet med byggeaffald, kalksten , mergel . Den ammoniak , der blev dannet under henfaldet , blev udsat for nitrifikation og blev først til salpetersyre og derefter til salpetersyre . Sidstnævnte, i vekselvirkning med kalksten, gav Ca(NO 3 ) 2 , som blev udvasket af vand. Tilsætning af træaske (bestående hovedsageligt af kaliumchlorid ) udfældede CaCO 3 og frembragte en opløsning af kaliumnitrat [22] .
Formel til fremstilling af krudt (1044) Wujing zongyao part I Vol 12
Instruktioner til slukning af bomber i Wujing zongyao
krudtbombe _
Pulvergranat _
Den fremdrivende egenskab af sortkrudt blev opdaget meget senere og tjente som en drivkraft for udviklingen af skydevåben . I Europa (også i Rusland) har den været kendt siden midten af det 14. århundrede; indtil midten af 1800-tallet forblev det det eneste højeksplosive sprængstof og indtil slutningen af 1800-tallet - et drivmiddel.
Med opfindelsen af nitrocellulosepulvere , og derefter individuelle kraftige sprængstoffer, mistede sortkrudt sin betydning i vid udstrækning.
Pyroxylinpulver blev først opnået i Frankrig af P. Viel i 1884 , ballistisk pulver - i Sverige af Alfred Nobel i 1888 , corditpulver - i Storbritannien i slutningen af det 19. århundrede . Omkring samme tid (1887-1891) i Rusland udviklede Dmitri Mendeleev pyrokollodisk krudt , og en gruppe ingeniører fra Okhta krudtfabrikken udviklede pyroxylin krudt .
I 30'erne af det 20. århundrede blev ladninger fra ballistisk krudt først skabt i USSR til raketter, der med succes blev brugt af tropper under den store patriotiske krig ( multiple launch raket systems ). Blandede drivmidler til raketmotorer blev udviklet i slutningen af 1940'erne.
Yderligere forbedring af krudt udføres i retning af at skabe nye formuleringer, krudt til specielle formål og forbedre deres vigtigste egenskaber.
Der er to typer krudt: blandet (inklusive det mest almindelige - røget eller sort krudt ) og nitrocellulose (såkaldt røgfrit). Krudt brugt i raketmotorer kaldes fast drivmiddel . Grundlaget for nitrocellulosepulvere er nitrocellulose og et blødgøringsmiddel. Ud over hovedkomponenterne indeholder disse krudt forskellige tilsætningsstoffer.
Krudt er et drivstofsprængstof. Under de passende initieringsforhold er krudt i stand til at detonere på en måde, der ligner højsprængstoffer, på grund af hvilket sortkrudt længe har været brugt som højeksplosiv. Ved langtidsopbevaring længere end den fastsatte periode for et givet pulver, eller ved opbevaring under ukorrekte forhold, sker der kemisk nedbrydning af pulverkomponenterne og en ændring i dets driftsegenskaber (forbrændingstilstand, mekaniske egenskaber for raketstykker osv.). Betjening og endda opbevaring af sådant krudt er ekstremt farlig og kan føre til en eksplosion.
Blandet krudt | Røg (sort) pulver | KNO 3 , S, C |
aluminium pulver | KNO3 , S , Al | |
Nitrocellulose pulver | pyroxylin | 91-96% pyroxylin , 1,2-5% flygtige stoffer ( alkohol , ether og vand ), 1,0-1,5% stabilisator (diphenylamin, centralit) |
ballistisk | nitrocellulose og ikke-aftageligt blødgøringsmiddel (nitroglycerin, diglycol osv.) | |
Cordite | pyroxylin med højt nitrogenindhold, aftagelig (alkohol-etherblanding, acetone ) og ikke-aftagelig ( nitroglycerin ) blødgører | |
fast drivmiddel | 50-60% oxidationsmiddel, sædvanligvis ammoniumperchlorat , 10-20% plastificeret polymerbindemiddel, 10-20% fint aluminiumspulver osv. |
Moderne røgfarvet eller sort pulver er produceret i henhold til strenge standarder og præcis teknologi. Alle mærker af sort pulver er opdelt i granulat og pulverpulver (den såkaldte pulvermasse , PM). Hovedkomponenterne i sortkrudt er kaliumnitrat , svovl og trækul ; kaliumnitrat er et oxidationsmiddel (fremmer hurtig forbrænding), trækul er et brændbart (oxiderbart oxidationsmiddel), og svovl er en yderligere komponent (ligesom kul, som er et brændstof i reaktionen, forbedrer det antændelse på grund af dets lave antændelsestemperatur) . I mange lande afviger de proportioner, der er fastsat af reglerne, noget (men ikke meget).
Granulære pulvere fremstilles i form af uregelmæssigt formede korn i fem trin (ekskl. tørring og dosering): slibning af komponenterne til pulver, blanding, presning til skiver, knusning til granulat og polering.
Forbrændingseffektiviteten af sort pulver er i høj grad relateret til finheden af slibningen af komponenterne, fuldstændigheden af blanding og formen af kornene i den færdige form.
Varianter af røgpulver (% sammensætning af KNO 3 , S, C.):
Røgpulver antændes let under påvirkning af en flamme og en gnist ( flammepunkt 300 ° C), derfor er det farligt at håndtere. Det opbevares i forseglet emballage adskilt fra andre krudttyper. Hygroskopisk , med et fugtindhold på mere end 2% brandfarligt. Processen med at producere sort pulver involverer blanding af findelte komponenter og bearbejdning af den resulterende pulvermasse for at opnå korn af en given størrelse. Tøndekorrosion med sort pulver er meget stærkere end med nitrocellulosepulver, da svovlsyre og svovlsyre er et biprodukt ved forbrænding. I øjeblikket bruges sortkrudt i fyrværkeri . Indtil omkring slutningen af 1800-tallet blev den brugt i skydevåben og eksplosiv ammunition.
Oxidationsreaktion:
AluminiumspulverAluminiumspulver bruges i pyroteknik og består af stærkt knust kalium /natriumnitrat (oxidationsmiddel), aluminiumpulver (brændstof) og svovl blandet i en vis mængde . Dette krudt er kendetegnet ved en højere temperatur, forbrændingshastighed og en stor frigivelse af lys. Det bruges i diskontinuerlige elementer og flashkompositioner (frembringer en flash).
Andele (saltpeter: aluminium: svovl):
Sammensætningen dæmper praktisk talt ikke, krøller ikke, men er stærkt udtværet.
I modsætning til kulbaseret røgfyldt (sort) pulver er nitrocellulose røgfrie pulvere i vid udstrækning , hvis største fordel er større effektivitet og fravær af røg efter skuddet, afmasker og forstyrrer anmeldelsen.
Ifølge sammensætningen og typen af blødgører (opløsningsmiddel) er nitrocellulosepulvere opdelt i: pyroxylin, ballistisk og cordit.
De bruges til fremstilling af moderne sprængstoffer, krudt, pyrotekniske produkter og til at underminere (initiere) andre sprængstoffer, det vil sige som detonatorer. I moderne våben bruges røgfrit pulver (nitrocellulosepulver, NC) således hovedsageligt som brændstof.
PyroxylinSammensætningen af pyroxylinpulvere omfatter normalt 91-96% pyroxylin , 1,2-5% flygtige stoffer ( alkohol , æter og vand ), 1,0-1,5% stabilisator (diphenylamin, centralit) for at øge opbevaringsstabiliteten, 2-6% flegmatiseringsmiddel til at bremse ned. afbrændingen af de yderste lag af pulverkorn og 0,2-0,3% grafit som tilsætningsstoffer. Sådanne pulvere er lavet i form af plader, bånd, ringe, rør og korn med en eller flere kanaler; bruges i håndvåben og artilleri . De største ulemper ved pyroxylinpulvere er: den lave energi af gasformige forbrændingsprodukter (i forhold til f.eks. ballistiske pulvere), den teknologiske kompleksitet ved at opnå ladninger med stor diameter til raketmotorer. Hovedtiden af den teknologiske cyklus bruges på at fjerne flygtige opløsningsmidler fra pulverhalvfabrikatet. Afhængigt af formålet er der ud over det sædvanlige pyroxylin specielle krudt: flammehæmmende , lav-hygroskopisk, lav gradient (med en lille afhængighed af forbrændingshastigheden på ladetemperaturen); lavt erosiv (med reduceret erosiv påvirkning af boringen); flegmatiseret (med en reduceret forbrændingshastighed af overfladelagene); porøse og andre. Fremstillingsprocessen af pyroxylinpulver involverer opløsning (plastificering) af pyroxylin, presning af den resulterende pulvermasse og skæring for at give pulverelementerne en vis form og størrelse, fjernelse af opløsningsmidlet og består af en række sekventielle operationer.
BallistiskBallistiske pulvere er baseret på nitrocellulose og en ikke - aftagelig blødgører, hvorfor de nogle gange kaldes dibasiske. Afhængigt af den anvendte blødgører kaldes de nitroglycerin, diglycol og så videre. Den sædvanlige sammensætning af ballistiske pulvere: 40-60% colloxylin (nitrocellulose med et nitrogenindhold på mindre end 12,2%) og 30-55% nitroglycerin (nitroglycerinpulvere) eller diethylenglycoldinitrat (diglycolpulvere) eller blandinger deraf. Derudover indeholder disse pulvere aromatiske nitroforbindelser (såsom dinitrotoluen ) til at kontrollere forbrændingstemperaturen, stabilisatorer ( diphenylamin , centralit) samt flydende paraffin , kamfer og andre tilsætningsstoffer. Også fint dispergeret metal ( aluminium - magnesiumlegering ) kan indføres i ballistiske pulvere for at øge temperaturen og energien af forbrændingsprodukter, sådanne pulvere kaldes metalliserede. Krudt fremstilles i form af rør, tern, plader, ringe og bånd. Efter anvendelse opdeles ballistisk pulver i raket (til ladninger til raketmotorer og gasgeneratorer), artilleri (til drivladninger til artilleristykker) og mørtel (til drivladninger til morterer ). Sammenlignet med ballistiske pyroxylinpulvere er de mindre hygroskopiske, hurtigere at fremstille, i stand til at producere store ladninger (op til 0,8 meter i diameter ), høj mekanisk styrke og fleksibilitet på grund af brugen af et blødgøringsmiddel. Ulempen ved ballistiske pulvere sammenlignet med pyroxylinpulvere er en stor fare i produktionen, på grund af tilstedeværelsen i deres sammensætning af et kraftigt sprængstof - nitroglycerin , som er meget følsomt over for ydre påvirkninger, samt manglende evne til at opnå ladninger med en diameter på mere end 0,8 m, i modsætning til blandede pulvere baseret på syntetiske polymerer . Den teknologiske proces til fremstilling af ballistiske pulvere involverer at blande komponenterne i varmt vand for at fordele dem jævnt, klemme vandet og gentagne gange rulle på varme ruller. Dette fjerner vand og blødgør cellulosenitrat , som har form af et hornformet væv. Dernæst presses krudtet ud gennem matricer eller rulles til tynde plader og skæres.
CorditeCordite krudt indeholder pyroxylin med højt nitrogenindhold, en aftagelig (alkohol-etherblanding, acetone ) og en ikke-aftagelig ( nitroglycerin ) blødgører. Dette bringer produktionsteknologien af disse pulvere tættere på produktionen af pyroxylinpulvere.
Fordelen ved corditer er større effekt, dog forårsager de en øget brand af tønderne på grund af den højere temperatur af forbrændingsprodukterne.
Fast drivmiddelBlandet pulver baseret på syntetiske polymerer (fast drivmiddel) indeholder ca. 50-60% oxidationsmiddel, sædvanligvis ammoniumperklorat , 10-20% blødgjort polymerbindemiddel, 10-20% fint aluminiumspulver og andre tilsætningsstoffer. Denne retning af brændstofproduktion dukkede først op i Tyskland i 30-40'erne af det XX århundrede, efter krigens afslutning blev aktiv udvikling af sådanne brændstoffer taget op i USA og i begyndelsen af 50'erne - i USSR. De vigtigste fordele i forhold til ballistisk pulver, som tiltrak meget opmærksomhed til dem, var: en højere specifik fremdrift af raketmotorer, der bruger sådant brændstof, evnen til at skabe ladninger af enhver form og størrelse, høj deformation og mekaniske egenskaber af sammensætninger, evnen til at kontrollere forbrændingshastigheden over et bredt område. Disse fordele gjorde det muligt at skabe strategiske missiler med en rækkevidde på mere end 10.000 km. På ballistisk pulver lykkedes det S.P. Korolev sammen med pulverproducenter at skabe en raket med en maksimal rækkevidde på 2.000 km. Men blandede faste drivmidler har betydelige ulemper sammenlignet med nitrocellulosepulvere: de meget høje omkostninger ved deres fremstilling, varigheden af ladningsproduktionscyklussen (op til flere måneder), kompleksiteten af bortskaffelse, frigivelsen af saltsyre til atmosfæren under forbrændingen af ammoniumperklorat .
Forbrænding i parallelle lag, med frigivelse af gasformige produkter, men som ikke bliver til en eksplosion , bestemmes af overførslen af varme fra lag til lag og opnås ved at fremstille tilstrækkeligt monolitiske pulverelementer uden revner. Forbrændingshastigheden for krudt afhænger af trykket i henhold til en magtlov , der stiger med stigende tryk, så du bør ikke fokusere på krudtets forbrændingshastighed ved atmosfærisk tryk, vurdere dets egenskaber. Regulering af afbrændingshastigheden af krudt er en meget vanskelig opgave og løses ved at bruge forskellige forbrændingskatalysatorer i sammensætningen af krudt. Forbrænding i parallelle lag giver dig mulighed for at kontrollere hastigheden af gasdannelse. Gasdannelsen af krudt afhænger af størrelsen af ladningens overflade og forbrændingshastigheden.
Størrelsen af overfladen af pulverelementerne bestemmes af deres form, geometriske dimensioner og kan stige eller falde under forbrændingsprocessen. En sådan forbrænding kaldes henholdsvis progressiv eller degressiv . For at opnå en konstant hastighed af gasdannelse eller dens ændring i henhold til en bestemt lov, er individuelle sektioner af ladninger (for eksempel raket) dækket med et lag af ikke-brændbare materialer ( panser ). Forbrændingshastigheden af krudt afhænger af deres sammensætning, starttemperatur og tryk.
De vigtigste egenskaber ved krudt er: forbrændingsvarme Q - mængden af varme, der frigives under fuldstændig forbrænding af 1 kilo krudt; mængden af gasformige produkter V frigivet under forbrændingen af 1 kg krudt (bestemt efter at gasserne er bragt til normale betingelser ); gastemperatur T, bestemt under forbrænding af krudt under forhold med konstant volumen og fravær af varmetab; krudtdensitet ρ ; krudtkraften f er det arbejde , som 1 kilo pulvergasser kunne udføre, idet de udvider sig, når de opvarmes med T grader ved normalt atmosfærisk tryk.
Type krudt | Mængden af varme,
Q, kcal/kg |
Gasvolumen
V, l/kg |
gas temperatur,
T, K |
---|---|---|---|
pyroxylin | 700 | 900 | ~2000 |
Ballistisk: | 900 | 1000 | 1700-4000 |
TRT | 1200 | 860 | 1500-3500 |
Artilleri | 800 | 750 | ~2500 |
Cordite | 850 | 990 | ~2000 |
Røgfyldt | 700 | 300 | ~2200 |
Ud over underholdningsformål ( fyrværkeri ) bruges krudt også til tekniske formål: i pulverværktøj (konstruktions- og montagepistoler, slag osv.), i pyrotekniske produkter ( pyrobolte , squibs osv.). Også krudt bliver fortsat brugt som sprængstof i tilfælde, hvor der kræves en lille sprængkraft, for eksempel ved udvinding af granitblokke i stenbrud.
Ordbøger og encyklopædier |
|
---|