Термитно-зажигательные смеси. Часть 1. Термиты и терматы. Составление термитных смесей.

Термитные смеси можно разделить на 2 группы

• Термитно-зажигательные составы, в которых в качестве окислителя применяются оксиды металлов, прежде всего, оксид железа. Например Fe2O3 + Al. Это классические термитные смеси.
• Составы, в которых в качестве окислителя применяют какую-либо соль, например, нитрат бария Ва(NO3)2. Такие смеси называют терматы или терматные смеси.

Термитные составы

Термитно-зажигательные составы при горении развивают очень высокую температуру, порядка 2500-3000 С и дают мало растекающиеся раскаленные шлаки, которые способны не только обеспечить воспламенение горючих материалов, но также и расплавлять металлы (железо, сталь и др.). В результате их горения получаются главным образом, твердые частицы, вследствие чего уменьшаются потери тепла в окружающее пространство и развивается довольно высокая температура.

Термитно-зажигательные составы применяются в военной технике для зажигания трудно воспламеняемых объектов, а также для повреждения металлических объектов противника (орудий, танков и т.п.).

В мирной промышленности термитные составы также находят применение, например для сварки металлических изделий.

Недостаток термитных составов заключается в том, что они дают небольшое пламя и что зажигательное действие их ограничивается небольшим радиусом, непосредственно около горения состава. Еще одним недостатком термитных смесей является высокая температура их воспламенения.

Терматные составы

Зажигательные составы, содержащие окислители (соли) сравнительно легко воспламеняются, они так же, как и термитные смеси дают высокую температуры горения. Применяются для снаряжения боеприпасов, предназначаемых для воспламенения главным образом жидких горючих. Горение термитных составов с окислителями протекает в течение долей секунды.

Составление рецептов термитных смесей

К термитно-зажигательным составам предъявляются следующие требования.

1.       Они должны давать высокую температуру горения, чтобы обеспечить зажигание трудновоспламеняемых объектов.

2.       В продуктах реакции горения должны быть легко растекающиеся шлаки с высокой температурой кипения.

3.       Горение должно сопровождаться пламенем, что дает возможность повысить зажигательное действие объектов.

4.       Они должно легко воспламеняться и трудно тушиться.

5.       Они должны гореть в течение определенного промежутка времени, которое гарантировало бы воспламенение поджигаемого объекта.

Однако это требование трудно совместить с получением высоких температур  горения, ибо при продолжительном горении происходят значительные потери тепла на лучеиспускание и конвекцию, что приводит к понижению температуры.

В основе термитно-зажигательных составов лежит реакция взаимодействия между трудновосстанавливаемым оксидом одного металла с другим металлом. Обычной термитной смесью является смесь Fe2O3 + Al. Реакция горения алюминия основана на том, что алюминий при высоких температурах способен окисляться за счет кислорода металлических оксидов (алюминотермия).

Течение алюминотермической реакции можно выразить следующим общим уравнением:

М1 + МО = М +М1О

Где М1 – металл, применяемый для восстановления, например, алюминий, МО – оксид другого металла, например Fe2O3

Если смесь порошков алюминия и оксида железа, взятых в стехиометрическом (в строго определенном) соотношении, зажечь в одном месте магниевой лентой и воспламенительной смесью магния с перекисью бария, то реакция распространяется по всей массе термита согласно уравнению:

Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3

Температура этой реакции равна примерно 2400, а на основании теоретического подсчета она равняется 3200.

Реакция горения термита заключается в следующем. Для того чтобы алюминий воспламенился, необходимо с помощью воспламенительного состава перевести часть его в парообразное состояние, а оксид железа должен быть при этом в жидком и диссоциированном состоянии. После сгорания парообразного алюминия выделяется такое количества тепла, которое способно перевести в парообразное состояние другие частицы алюминия. На практике скорость реакции в значительной степени зависит от размеров частиц алюминия.

В случае быстрого испарения металла может происходить разбрызгивание термитной смеси, что и наблюдается, например, при горении термита в присутствии магния.

При составлении рецептов термитных смесей необходимо учитывать, во-первых, степень сродства различных металлов к кислороду, что определяется теплотой горения этих металлов, во-вторых – условия термического распада окислителей – оксидов, в третьих характер раскаленных шлаков и наконец, наличие газообразной фазы, которая понижает температуру горения смеси.