Se PDF-fil online
Tekst 8 sider fra PDF
Ladningene initieres fra en detonasjonssnor eller detonator. Ladningene danner ikke mikrosprekker i steinen selv ved direkte kontakt av ladningen med fjellet, pålitelig satt under vannet forhold, og er elastisk ved negative temperaturer. Og eeea k nte y Osnaaanye tekhnnncheskie karakternetnkn aryadoa merker VSHA Zdernbes A.A. Fysikk av sveising og eksplosjonssveising. - Noaosnbirsk: Puka, !972.vЂ” 188 ord Negredoe LH.A Hapraalennos rzzruyenis gorkyk avler zzryaom. - St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg University, 1992.
– 5 sek. G. N. Kutsey med AND~NNVN K9RNTYIYA (Ae) - forholdet mellom de karakteristiske størrelsene på defekten til ladningen av fast brensel, krutt eller eksplosiver og bredden på forbrenningssonen. Karakteriserer "motstanden" til en ladning mot penetrering av forbrenning i dens defekter. Begrensningsbetingelsen for normal forbrenning av defekte og porøse ladninger er Ae > A„„p. Den kritiske verdien til A„ varierer fra 2 (CPTT) til 10 (pyroxylin) med en gjennomsnittsverdi i størrelsesorden b.
° Velesa A, F„Bobolev V K„Krognkoe A.N., Sulimov A.A., Chuyeo S.V. Flytting av forbrenning av condepsyrosappyksystemer av aerosoler. - El Nauka, 1973. -292 s. S.V. Fantastisk Antfntsnn s1 "H19" er fargeløse krystaller som løses opp i varm benzen, vanskelig - i alkohol og eter. I pyrotekniske sammensetninger brukes teknisk (rå) aluminium, som er en blanding av aluminium med dets homologer (fenantrep og karbazol) og inneholder 12 - 16% antracenolje. Flammepunkt for rå A. 150 – 160 °C. Rå A.
brukt i svart og hvit røyksammensetning. Ulempen med rå A er separering av komponenter, som nødvendiggjør blanding (gjennomsnittlig, måking) før bruk. Sammensetninger basert på slik A. har utilstrekkelig flytbarhet og fysisk fleksibilitet, derfor brukes nylig, i utviklingen av aerosoldannende sammensetninger, IR-strålingssammensetninger, fast brensel av pyroteknisk type, kjemisk ren A, F.N. (H,) - den innvirkning av menneskelige faktorer på endring og selvutvikling av naturlige objekter og fenomener. Slike faktorer av menneskelig aktivitet som har en betydelig innvirkning på det naturlige miljøet inkluderer produksjon, drift, bruk til deres tiltenkte formål, avvikling og avhending av kondenserte energisystemer - ” fast brensel (SF), krutt, eksplosiver og pyrotekniske sammensetninger.
Alvorlige miljøfarer forårsaket av eksplosiver er representert av de første komponentene i ECS, industriavfall, utslipp, teknologisk avfall og spesielt forbrennings- og eksplosjonsprodukter (PS og EP) som genereres under tester og oppskytinger, likvidering av faste drivgassmissiler og ødeleggelse av ladninger som har utløpt garantiperioden. Toksisiteten til mange standard og lovende komponenter av ZCS når det gjelder deres fysiologiske effekter på menneskekroppen er på nivå med en rekke giftige stoffer (tabell)). Samtidig kan innholdet i industriavfallet være ganske høyt (tabell 2).
Tab Ka ~ Kjennetegn på toksisitet av komopepter EKS Tabell 2 Innhold av giftige produkter i industrielt avløpsvann, danner propvvodstas i lpkvpdakpp ladninger EKS Lpstnlennd seso a Hovedfaren for det naturlige miljøet og mennesker er representert av hydrogenklorid og hydrogenhalogenforbindelser. Sammen med den giftige effekten har halogenforbindelser en skadelig effekt på ozonlaget i jordens atmosfære, spesielt under rakettoppskytinger.
I tillegg til hydrogenklorid er det mange restriksjoner på andre forbrenningsprodukter, spesielt på aluminiumoksid, som er et mutagen. Et annet forbrenningsprodukt, karbonmonoksid, utgjør en fare i nærsonene til detonasjonsstedet, oppstart eller test, siden på avstand, i ferd med å fortynnes med atmosfærisk luft, reduseres konsentrasjonen til akseptable grenser. Når ECS-ladninger brennes ved lavt trykk (uten dyseblokk), er klorkonsentrasjonene ganske høye. De toksiske egenskapene til noen forbrenningsprodukter er presentert i tabell 3.
t.sna~ y Maksimal tillatt konkurranse av enkelte tredjepartsprodukter EKS ° Rooders gt.F. prnrodopoliaaaanoe. dictionary-spranochnnk.vЂ” ml trodde, $990; Besnamavnoye P. P., Krovov KHL Maksimal tillatelse av kjemiske stoffer i miljøet. -Ll Hamid, 1995, V, Yueleshko Acetiiiiid sølv (karbzzd "areb1 S2A)t 2. mol. vekt 239.o, T „.„ - 200 "C, dekomponeringsvarme 293 kcal/kg (1226 kJ/kg). Meget følsom for sjokk. Medikamenter oppnås ved å føre (boble) acetylen gjennom en ammoniakkløsning av sølvnitrat. I nøytralt eller i et lett surt miljø dannes et blandet salt A89C7 ° ANO3 - det initierende eksplosivet, mol.
masse 400,7, T "omtrent 220" C, ekspansjon i Trautzl-bomben 138 cm, varme på 3 eksplosjon 451 ikal, hkg (1888 kJ," kg), detonasjonshastighet 2250 i," s ved en tetthet på 2,51 gu "cm og 4450 m~"s med en tetthet på 5,36 gUSхсЗ. Senkekapasiteten er større enn for kvikksølvfulminat. I praksis brukes det ikke som eksplosiv. ° yagil.7.I. Kjemi av teknologi for eksplosive eksplosiver. L1, 1975. I J.Petvishyao, TBT1.Ilyuiya AvvetvvyaevNDY-salter av acetylen (HC i CH), en svak syre med pK 25, dannet ved påvirkning av alkali- og jordalkalimetaller (ved oppvarming eller i flytende ammoniakk) eller organometalliske forbindelser med erstatning av ett eller to hydrogenatomer; C7H7 + M ~ NS7M+ N S7NZ + Mts -+ NS7M+ VN A.
metaller av 1-11 grupper reagerer kraftig med vann og genererer acetylen; de brukes ofte i organisk syntese for å introdusere en acetylengruppe. Salter av toverdig kvikksølv, monovalent kobber, halogenider av aluminium, gull, krom og sølv kombineres direkte med acetylen, og danner et kompleks C7H7 + MX - i C7H7 MX Mange komplekser har eksplosive egenskaper. Disubstituerte eksplosiver A. (CitS3, A87C7) oppnås ved innvirkning av ammoniakkløsninger av salter av disse metallene på acetylen. Dannelsen av et rødt bunnfall, SctS3, brukes til analyse av acetylen. og Vagit HI. Kjemi og kjemi brukes til å tilberede eksplosive stoffer.
• b1„!975. I.V., Ielityai, M.L.Ilyushiya AzrozoaeformazugovZie komposisjon| for å påvirke vermilionskyer og tåker. En måte å forhindre hagl og forårsake nedbør er å introdusere stoffer (reaktanter) i den underkjølte aerosolskyen, som er kjernedannelsessentre for vanndamp. Aerosol kan lages ved hjelp av forskjellige metoder; den mest foretrukne er forbrenning av pyrotekniske sammensetninger i forskjellige typer generatorer. Det er to typer tekniske sammensetninger som danner en aerosol av reaktanten under forbrenning.I den første typen introduseres reaktanten i sammensetningen og i form av et pulver. Som et resultat av forbrenning av sammensetningen sublimerer den og danner en aerosol.
I den andre typen sammensetning oppnås rsagspt under forbrenningsprosessen. I Russland foretrekkes den første typen sammensetning. A81 brukes som reagens, som i de fleste sammensetninger av Lz ozozzoo zz ziiis iozhz fra shzitis-sammensetninger avfyres på grunn av forbrenning av en termisk blanding basert på ammoniumperklorat. I dette tilfellet oppnås et høyt utbytte av aktive partikler (AP) ved brenning av sammensetninger med en kraftig negativ oksygenbalanse (OC) ved en forbrenningsprodukttemperatur på ca. 2200 K.
Hovedkravet til sammensetningene er å sikre maksimalt utbytte av aktive stoffer (ikke mindre enn 5 1012 timer, ~ g) ved en temperatur på minus 10 "C. For å sikre et slikt utbytte ble opptil 50 - 00% Ag! innledningsvis introdusert i sammensetningen Moderne sammensetninger1 inneholder 2 % Ag1 Det er vist muligheten for å utvikle sammensetninger med et Al-innhold på ca. 0,4 % Ved bruk av epergisk gunstige nitrogenholdige forbindelser (azidopsitos, cellulosepitrater) som termisk basis, høyt utbytte av aktive stoffer observeres med en sammensetning BC nær null.
Dette gjør det mulig å bruke slike sammensetninger samtidig som en kilde til aktive stoffer og drivstoff, noe som sikrer miljørenheten til forbrenningsprodukter. F P. Iostzii Azrozolvobraz ryushchme vo1varot (vsashchme-sammensetninger er flerkomponentsammensetninger med et polymerbindemiddel som inneholder drivstoff, som som regel er et bindemiddel, et oksidasjonsmiddel og en hydroksidhemmer, dispergerbar og aktivert under forbrenningen av sammensetningen.
Forbindelser av gruppe 1-elementer (med det høyeste elektroniske ioniseringspotensialet) brukes som inhibitorer som bryter kjedereaksjoner ved forbrenning av karbon-hydrogen-materialer (reaksjonene CO + 02 og H2 + O3). Av økonomiske, tekniske og miljømessige årsaker vil kaliumforbindelser og først og fremst oksygenholdige (Koz, KS1Ol) bli foretrukket. Valget av polymerbindemiddel bestemmes av APS-produksjonsteknologien: i henhold til teknologien for ballistisk rakettdrivstoff, lages sammensetninger basert på plastisert cellulose (NC), i henhold til teknologiene til blandede RT og pyrotekniske sammensetninger - termoherdende harpikser brukes som en bindemiddel (PSN, epoksy). Ved montering av APS tas følgende viktige krav i betraktning: - innholdet av inhibitoren, med forbehold om å opprettholde tilfredsstillende teknologiske, fysisk-kjemiske, mekaniske og intraballistiske egenskaper, bør være maksimalt; - før den tilsettes til sammensetningen, må inhibitoren males, og malingsgraden bør være så høy som mulig, i det minste i en fruktdrikk< 2 мкм; Лз зол»об аз юнтао пажа о твынис состаВЫ Состав, свойства ПТ-50.2 ПТ.4 ПАС.47 Типа СБК Состав СЗПТ ПАС-47М (СКТВ НИИПХ («Эпотос») «Технолог») Химсостав, % масс.: 3! -65 55-90 47 (кмо + " В~НОЗ) Нитрат калия 16-35 38-39 ерхлорат калил Ннтроцеллюлоза 17,5 12,5 !8-30 10-45 Фенолформзлъленлная смола и лр.
07.11.2010
Ultradisperse energetiske kondenserte systemer (ECS) som inneholder nanopartikler av aluminium med funksjonelle organiske og organoelementbelegg
A.N. Zhigach 1, I.O. Leypunsky 1, E.S. Zotova 1, B.V. Kudrov 1, N.G. Berezkina 1, P.A. Psjetsjenkov 1, M.F. Gogulya 2, M.A. Brazhnikov 2, V.A. Teselkin 2, O.M. Zhigalina 3, V.V. Artyomov 3
1 institusjon ved det russiske vitenskapsakademiets institutt for energiproblemer for kjemisk fysikk RAS (INEPCP RAS)
2 Institusjon ved det russiske vitenskapsakademiets institutt for kjemisk fysikk oppkalt etter. N.N. Semenov RAS (ICP RAS)
3 Institusjon ved det russiske vitenskapsakademiets institutt for krystallografi RAS oppkalt etter. A.V. Shubnikova (IC RAS)
Hensikten med dette arbeidet er å oppnå submikron- og nanostore aluminiumspartikler med et innhold av aktivt aluminium som kan sammenlignes med det i pulver med mikronstore partikler, syntese og karakterisering av en aluminisert kompositt basert på en nitraminmatrise.
Ved å bruke metoden for kondensering av metalldamp i en strøm av inert gass utviklet ved Institute of Economics and Physics of Chemical Physics ved det russiske vitenskapsakademiet, ble aluminiumnanopartikler oppnådd med spesialformet funksjonelt (oksy)nitrid, trimetylsiloksan og organofluorbelegg på overflaten som forhindrer oksidasjon av overflatelaget av fyllstoffpartikler. De oppnådde prøvene ble karakterisert ved skanning og transmisjonselektronmikroskopi og røntgendiffraksjonsanalyse. Det er vist at prøver av aluminium i nanostørrelse med trimetylsiloksanbelegg har det høyeste restinnholdet av aktivt aluminium, og aluminiumspartikler med organofluorbelegg er mest utsatt for nedbrytning.
En metode for å produsere ultrafine høyenergimaterialer (individuelle og aluminiserte kompositter) ved å spraytørke en suspensjon av ultrafint aluminiumspulver i løsning, utviklet ved Institutt for økonomi og fysikk ved det russiske vitenskapsakademiet, presenteres. Et mock-up eksperimentelt oppsett er beskrevet. Faktorene som bestemmer stabiliteten til suspensjonen, effektiviteten av sprøyte- og tørkeprosessene, den endelige morfologien, fasesammensetningen til kompositten og den jevne fordelingen av aluminiumpartikler i høyenergimatrisen diskuteres.
Ved å bruke eksperimentelle metoder tilgjengelig ved Institute of Chemical Physics ved det russiske vitenskapsakademiet, ble den mekaniske følsomheten til aluminiserte nanokompositter basert på høyenergimatriser fra nitraminserien (RDX RDX, HMX HMX, HNIW hexanitrohexaazaisowurtzitane) målt. Det har vist seg at følsomheten til prøver med en HNIW-matrise er merkbart høyere sammenlignet med kompositter basert på HMX og lignende fyllstoffer, mens den mekaniske følsomheten avhenger svakt av typen belegg som påføres.
Litteratur.
1. Zhigach A.N., Leipunsky I.O., Kuskov M.L., Stoenko N.I., Storozhev V.B. Installasjon for å oppnå og studere de fysisk-kjemiske egenskapene til metallnanopartikler // Instrumenter og eksperimentelt utstyr. 2000. Nr. 6. s. 122-129.
2. A.N. Zhigach, I.O. Leypunsky, N.G. Berezkina, P.A. Pshchenkov, E.S. Zotova, B.V. Kudrov, M.F. Gogulya, M.A. Brazhnikov, M.L. Kuskov. Aluminiserte nanokompositter basert på nitraminer: produksjonsmetode og strukturstudie // Fysikk ved forbrenning og eksplosjon, v. 45 (2009), nr. 6, s. 35-47.
1Studiet av mekanismen for gassfri forbrenning av komplekse flerlagssammensetninger med en lavtsmeltende inert komponent, som er elektrokjemiske systemer, er en ny og presserende oppgave, både for å lage nye reservestrømkilder og for produksjon av kompositter for ulike formål ved selvforplantende høytemperatursyntese (SHS). I dette arbeidet målte vi den spesifikke varmefrigjøringen under forbrenning av energikondenserte systemer (ECS) av typen Zr-CuO-LiF og Zr-BaCrO4-LiF. Forsøkene ble utført på et høyhastighets forbrenningskalorimeter BKS-3. En spesiell egenskap ved BKS-3 er muligheten til å fremskynde prosessen med å måle spesifikk forbrenningsenergi ved å forvarme den kalorimetriske bomben i ovnen til kontrollenheten. Som et resultat av forsøkene ble det fastslått at den spesifikke varmefrigivelsen under forbrenning av den katodiske ECS Zr-CuO-LiF er 2654.849 J/g, og den anodiske er 4208.771 J/g. Den spesifikke varmefrigjøringen under forbrenning av en høytemperatur galvanisk celle sammensatt av anode- og katodesammensetninger er 3518.720 J/g. Ved hjelp av dataprogrammet "THERMO-ISMAN" ble det utført en termodynamisk analyse, den adiabatiske forbrenningstemperaturen, sammensetningen av likevektsproduktet av interaksjon i energikondenserte systemer og forholdet mellom volumene til de opprinnelige og endelige produktene ble beregnet. De oppnådde eksperimentelle resultatene kan finne anvendelse i produksjonsteknologien til pyrotekniske strømkilder, så vel som i etableringen av nye, lovende ECS-komposisjoner.
energikondenserte systemer (ECS)
pyroteknisk strømkilde (PSU)
spesifikk varmeavgivelse
forbrenningskalorimeter
1. Morozov Yu.G., Kuznetsov M.V., Nersesyan M.D., Merzhanov A.G. Elektrokjemiske fenomener i prosessene med selvforplantende høytemperatursyntese // DAN. – 1996. – T. 351, nr. 6. – S. 780–782.
2. Filimonov I.A., Kidin N.I. Høytemperatursyntese ved forbrenning: generering av indre og påvirkning av eksterne elektromagnetiske felt // FGV. – 2005. – T. 41, nr. 6. – S. 34–53.
3. Morozov Yu.G., Kuznetsov M.V., Belousova O.V. Generering av elektriske potensialer under heterogen forbrenning i systemer som inneholder kjemiske elementer fra gruppe VI // Kjemisk fysikk. – 2009. – T. 28, nr. 10. – S. 58–64.
4. Kjemisk drevne karbon-nanorør-styrte termokraftbølger. Wonjoon Choi, Seunghyun Hong, Joel T. Abrahamson, Jae-Hee Han, Changsik Song, Nitish Nair, Seunghyun Baik, Michael S. Strano // Nature Materials. – 2010. – V. 9. – S. 423–429.
5. Prosyanyuk V.V., Suvorov I.S., Sigeikin G.I., Kulikov A.V. Pyrotekniske strømkilder - en ny klasse reservestrømgenereringsenheter // Russian Chemical Journal. – 2006. – T. L, nr. 5. – S. 113–119.
6. Varyonykh N.M., Emelyanov V.N., Prosyanyuk V.V., Suvorov I.S. Pyroteknisk kilde for elektrisk strøm // RF-patent nr. 2320053, IPC N01M 4/66; N01M 6/36. Publisert 20.03.2008. - Bull. nr. 8.
7. Barinov V.Yu., Vadchenko S.G., Shchukin A.S., Prosyanyuk V.V., Suvorov I.S., Gilbert S.V. Eksperimentell studie av forbrenning av trelags kondenserte systemer (Zr + CuO + LiF) – (LiF) – (Zr + BaCrO4 + LiF) // Fremskritt innen moderne vitenskap. – 2016. – T. 11, nr. 6. – S. 7–12.
Den direkte konverteringen av kjemisk energi frigjort under forbrenning av heterogene kondenserte systemer til elektrisk energi er et av de presserende problemene i moderne vitenskap. Dette bestemmer behovet for å gjennomføre eksperimentelle og teoretiske studier av prosessene som skjer under forbrenning.
Arbeidet viste at ved forbrenning av en rekke heterogene kondenserte systemer genereres et elektrisk signal. Under passasjen av forbrenningsfronten ble potensialforskjellen mellom to metallelektroder neddykket i pulverblandingen registrert. Det ble funnet at, avhengig av sammensetningen av systemet, oppstår tre typer elektriske signaler: positive, negative og bipolare. Forekomsten av et elektrisk signal under forbrenningsprosessen kalles "forbrenningsemf". Forfatterne mener at forbrenning i de studerte systemene skjer gjennom mekanismen for redoksreaksjoner med deltakelse av ulike ioner, både initiale reagenser og mellomprodukter. Ioniseringsprosessene som finner sted fører til at det oppstår elektrostatiske felt i brennende systemer med kondenserte reaksjonsprodukter. Oppførselen til frontalt brennende heterogene systemer som inneholder krom, molybden og wolfram, brukt til selvforplantende høytemperatursyntese av komplekse oksidmaterialer, har blitt studert. Det ble funnet at de maksimale verdiene for den elektromotoriske kraften som oppstår mellom fronten av forbrenningsbølgen og synteseproduktene kan nå 2 V og bestemmes hovedsakelig av den kjemiske sammensetningen av den opprinnelige ladningen.
Til dags dato har en rekke arbeider (teoretiske og eksperimentelle) blitt publisert om studiet av elektriske fenomener som oppstår under forbrenning av forskjellige ECS. Publiserte verk gir ikke en entydig tolkning av mekanismen for forekomsten av EMF under forplantningen av en forbrenningsbølge.
Forekomsten av en elektrisk puls under forbrenning av heterogene pulverblandinger dannet grunnlaget for opprettelsen av en ny klasse av reservestrømkilder - en pyroteknisk strømkilde (PSC). PIT-er er enheter for direkte konvertering av kjemisk energi fra kondenserte energisystemer til elektrisk energi og er høytemperatur-backupkilder for engangs elektrisk strøm designet for å fungere i standby-modus. De er mye brukt for autonom aktivering og strømforsyning av utstyr om bord, instrumenter og enheter, aktuatorer og kontrollsystemer (releer, mikromotorer, etc.). PIT-er har lang levetid (20-25 år), små totaldimensjoner og vekt, krever ikke vedlikehold gjennom hele levetiden, og opprettholder utmerket ytelse ved temperaturer fra -70 til +70 °C. Artikkelen presenterer de elektriske egenskapene til batterier av høytemperatur galvaniske celler (HGC), laget av heterogene heterogene systemer. Et batteri som består av to eller flere VGE-er er en pyroteknisk strømkilde.
Dette arbeidet studerer forbrenningsmønstrene til trelags ECS av typen (Zr + CuO + LiF)-LiF-(Zr + BaCrO4 + LiF), brukt som elektrokjemiske systemer i pyrotekniske strømkilder (PSC). Eksperimentene viste at amplituden øker til maksimal verdi på 0,2 s, og dens maksimale verdi er ~ 1,5 V, varigheten av signalet ved halv bredde er ~ 1,1 s. Etter å ha nådd maksimumsverdien, synker signalstyrken eksponentielt til nesten null.
Tilstedeværelsen av metaller med elektronisk ledningsevne i forbrenningsproduktene til anoden og katoden, som er i direkte kontakt, så vel som kobber(II)oksid, som har halvlederegenskaper, bestemmer reduksjonen i den elektriske motstanden til forbrenningsproduktene til ECS, som så vel som den pulserende naturen til det elektriske signalet - en rask (~ 0,2 s) stigespenning til en maksimal verdi og et nesten eksponentielt spenningsfall til en minimumsverdi.
Fra ovenstående kan vi konkludere med at under forbrenning av tolags ECS oppstår elektrokjemiske reaksjoner, noe som fører til generering av pulserende elektriske signaler.
Materialer og forskningsmetoder
De første prøvene var strimler av "pyroteknisk asbestpapir" oppnådd ved vakuumavsetning av vandige suspensjoner av passende sammensetninger med asbest. I ECS-dataene sikrer zirkonium høytemperaturforbrenning av tynne heterogene systemer med intensiv varmefjerning fra forbrenningssonen, kobberoksid CuO er et aktivt katodeoksidasjonsmiddel, som brukes i termiske strømkilder. Bariumkromat BaCrO4 er et fint dispergert lavgassoksidasjonsmiddel. Litiumfluorid LiF er et materiale som brukes i reservestrømkilder som en elektrolytt. Det spesifikke overflatearealet til det knuste fine pulveret av kobberoksid er 2400 cm2/g med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 4 mikron, litiumfluorid - 2300 cm2/g og 11 mikron, zirkonium - 2000 cm2/g og 4 mikron, barium kromat - 6000 cm2/g med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse 2 mikron. Krysotilasbest (fibrøst vannholdig magnesiumsilikat) med den teoretiske formelen 3MgO 2SiO2 2H2O med en fibertykkelse på 0,01-0,1 mm og en lengde på ~ 0,2-4 mm ble brukt som mineralbindemiddel i ECS-elektroder. Bruken av asbest i disse ECS gir et minimumsvolum av gassformige forbrenningsprodukter og den teknologiske muligheten for å oppnå flate plater ~0,5 mm tykke, som ble dannet ved vakuumavsetning av en vandig suspensjon av komponenter på filterpapir. I dette tilfellet dannes en struktur som ligner på papir eller tynn skifer. For eksperimentelle studier ble prøver av den nødvendige formen kuttet ut fra de resulterende platene i form av skiver med en diameter på 10 mm.
Eksperimenter for å måle den spesifikke varmefrigjøringen av Zr-CuO-LiF og Zr-BaCrO4-LiF ECS ble utført på et høyhastighets forbrenningskalorimeter BKS-3. BKS-3-kalorimeteret er designet for å måle forbrenningsenergien til fast brensel i samsvar med GOST 147-95, flytende drivstoff i henhold til GOST 21261-91 og gassformig drivstoff i samsvar med GOST 10061-78, samt oksidasjonsvarmen og forbrenning under ulike fysiske og kjemiske prosesser.
Driftsprinsippet til kalorimeteret er basert på å måle mengden energi som frigjøres i en kalorimetrisk bombe plassert i en BCS-målecelle ved å integrere varmestrømmen som kommer fra målecellen til en massiv blokk (passiv termostat). En spesiell egenskap ved BKS-3 er muligheten til å fremskynde prosessen med å måle spesifikk forbrenningsenergi ved å forvarme den kalorimetriske bomben i ovnen til kontrollenheten.
En prøve av teststoffet legges i en bombe og fylles med oksygen. Bomben må først varmes opp i ovn til en temperatur på opptil 31 °C, d.v.s. 2-3 °C høyere enn driftstemperaturen til kalorimeteret. Deretter plasseres bomben i målecellen til kalorimeteret, hvoretter måleprosessen starter. I dette tilfellet, etter at varmestrømmen fra den kalorimetriske bomben som er oppvarmet i ovnen synker til et gitt nivå, hvor nedgangen blir regelmessig, tennes stoffet automatisk ved å tilføre strøm til tennspolen, som er i kontakt med stoffet inne i bomben. Samtidig starter integrering av et signal proporsjonalt med varmestrømmen fra forbrenningen av stoffet. Signalet øker først til maksimumsverdien, og synker deretter til det tidligere nevnte spesifiserte nivået. I dette tilfellet avsluttes integrasjonen og den numeriske verdien av den målte varmen vises på monitoren.
Den spesifikke energien til drivstoffforbrenning bestemmes av formelen
Qsp = Qmeas/m,
hvor Qsp - spesifikk forbrenningsenergi, J/g;
Qmeas - målt mengde forbrenningsenergi, J;
m er massen til drivstoffprøven, g.
For hver sammensetning ble det utført en serie målinger bestående av 10 eksperimenter. Figuren viser en typisk form for den eksperimentelle avhengigheten til signalet under forbrenningen av en høytemperatur galvanisk celle sammensatt av to bånd av sammensetningen (Zr + CuO + LiF) - (Zr + BaCrO4 + LiF). Den stiplede horisontale linjen i figuren markerer tenningsøyeblikket for komposisjonen som studeres.
Typisk syn på den eksperimentelle avhengigheten av kalorimetersignalet under forbrenning av en høytemperatur galvanisk celle sammensatt av to sammensetningsbånd (Zr + CuO + LiF) - (Zr + BaCrO4 + LiF)
Termodynamisk analyse utføres under forutsetning av fravær av varmetap (adiabatisk regime) og dannelsen av et likevektssluttprodukt. Beregningen av den adiabatiske forbrenningstemperaturen er basert på likheten mellom entalpiene til de initiale reaktantene ved starttemperaturen (T0) og sluttproduktene ved forbrenningstemperaturen (Tad). Termodynamisk analyse er universell, siden den ikke er avhengig av mekanismen for kjemisk interaksjon. Beregninger ble utført ved hjelp av dataprogrammet Thermo-ISMAN. Dette programmet lar deg beregne den adiabatiske forbrenningstemperaturen og likevektsfasesammensetningen til sluttproduktet.
Forbrenningstemperaturen ble målt ved bruk av wolfram-rhenium termoelementer VR5-20 med en diameter på 200 μm.
Forskningsresultater og diskusjon
Den termodynamiske analysen viste at de viktigste forbrenningsproduktene til HGE er monovalent kobberoksid og zirkoniumoksid, noe som stemmer overens med røntgendiffraksjonsdata. Den beregnede adiabatiske temperaturen er 1490 K, noe som er litt høyere enn den eksperimentelt målte (1380 K) på grunn av varmetap. Dermed er de individuelle komponentene og forbrenningsproduktene til systemet, inkludert LiF-elektrolytten (smeltepunkt ≈ 850 °C), i smeltet tilstand, noe som minimerer den indre motstanden til HGE.
Som et resultat av målingene ble det fastslått at den spesifikke forbrenningsvarmen til Zr-CuO-LiF EX er 2,69 kJ/g, og for Zr-BaCrO4-LiF EX er den 4,31 kJ/g. Den spesifikke forbrenningsvarmen til VGE var 3,52 kJ/g. Resultatene av målinger av den spesifikke varmefrigjøringen under forbrenning av anoden, katodesammensetningen og VGE er presentert i tabellen. Det er fastslått at for katodesammensetningen Zr-CuO-LiF er verdien av spesifikk varmefrigjøring Qav 2654,85 J/g, for den anodiske sammensetningen Zr-BaCrO4-LiF 4208,77 J/g, og for VGE 3518,72 J/g. Det oppnådde resultatet kan forklares med at brennstoffinnholdet (zirkonium) i den anodiske ECS er høyere enn i katoden.
Resultater av måling av den spesifikke varmefrigjøringen under forbrenning av VGE (Zr-CuO-LiF) + (Zr-BaCrO4-LiF)
|
(Zr-CuO-LiF) + (Zr-BaCrO4-LiF) |
|||||||||
|
Qav = 2654,849 J/g |
Qav = 4208,771 J/g |
Qav = 3518,720 J/g |
|||||||
Det skal bemerkes at studiet av mekanismen for gassløs forbrenning av komplekse flerlagssammensetninger med en lavtsmeltende inert komponent, som er elektrokjemiske systemer, er en ny og presserende oppgave, både for å lage nye reservestrømkilder og for produksjonen. av kompositter for ulike formål ved bruk av metoden for selvforplantende høytemperatursyntese (SHS). Opprettelsen og utviklingen av slike strømkilder er ikke rettet mot å skaffe billig elektrisitet eller en billig erstatning av eksisterende strømkilder, men å drive ombord systemer med objekter, hvis kostnad er utenfor økonomiske beregninger.
De oppnådde eksperimentelle resultatene kan finne anvendelse i produksjonsteknologien til pyrotekniske strømkilder, så vel som i etableringen av nye, lovende ECS-komposisjoner.
Konklusjon
Ved bruk av BKS-3 forbrenningskalorimeter ble det utført en eksperimentell studie av varmefrigjøring under forbrenning av energikondenserte systemer Zr-CuO-LiF og Zr-BaCrO4-LiF. Som et resultat av forsøkene ble det fastslått at den spesifikke varmefrigivelsen under forbrenning av den katodiske ECS Zr-CuO-LiF er 2654.849 J/g, og den anodiske er 4208.771 J/g. Den spesifikke varmefrigjøringen under forbrenning av en høytemperatur galvanisk celle sammensatt av anode- og katodesammensetninger er 3518.720 J/g. En termodynamisk analyse ble utført, den adiabatiske temperaturen og likevektsfasesammensetningen til sluttproduktet ble beregnet. Det er fastslått at forbrenningstemperaturen til ECS, målt ved hjelp av termoelementer, er lavere enn den beregnede på grunn av varmetap.
Bibliografisk lenke
Barinov V.Yu., Mashkinov L.B. VARMEFLIPP UNDER FORBRänning av kondenserte energisystemer ZR-CUO-LIF OG ZR-BACRO4-LIF // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2018. – nr. 1. – S. 21-24;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12058 (tilgangsdato: 09/10/2019). Vi gjør deg oppmerksom på magasiner utgitt av forlaget "Academy of Natural Sciences"
I det moderne livet til enhver stat er energimettede materialer eller energikondenserte systemer av stor betydning.
Kondenserte energisystemer (ECS) er rakett-, artilleri-, plasma-, laser- og riflepulver, blandet rakettfast brensel, alle typer eksplosiver, pyroteknikk og vannreagerende faste drivstoffblandinger. ECS er grunnlaget for statens forsvarsevne og påvirker økonomien og utviklingen av vitenskap og teknologi. Uten ECS er det ingen artilleri, ingen håndvåpen, ingen hovedtyper av kampmissiler, inkludert interkontinentale, og uten moderne og lovende våpen er det ingen hær.
Energikondenserte systemer er en effektiv energikilde for utstyr og nye teknologier. Spesielle typer ECS har gjort det mulig å lage unike og høyst relevante teknologier. Dermed basert på plasma fast rakettdrivstoff, for første gang i verden
Det er utviklet pulvermagnetiske hydrodynamiske generatorer (MHD-generatorer) av elektrisk energi, som gjør det mulig å søke etter mineraler på store dyp, utføre langtidsprognoser for jordskjelv og studere jordskorpens struktur på dyp opp til 70 kilometer eller mer. Spesielle haglbrytende missiler og artillerisystemer brukes til å bekjempe skogbranner og hagl, og stimulerer kunstig nedbør.
Ved hjelp av ECS utføres sveising av materialer som ikke kan sveises med klassiske metoder, stansing og skjæring av metaller, tanker og skip, forsterkning av stålkonstruksjoner, syntese av diamanter, ultrafine diamanter fra karbon og mye mer. ECS er farlige i produksjon og drift.
I henhold til deres offisielle bruk og fare er ECS delt inn i fire grupper: initierende eksplosiver (IEV), høyeksplosive (sekundære) eksplosiver (BVV), drivstoff (krutt og blandet fast rakettdrivstoff) (MVV) og pyrotekniske sammensetninger (PTS). Hovedegenskapene til ECS, som bestemmer deres klassifisering i en eller annen gruppe, er følsomhet for ytre påvirkninger (støt, friksjon, oppvarming), til en sjokkbølgepuls, detonasjonsevne og tendens til overgang fra forbrenning til eksplosjon og detonasjon (PGV og detonasjon). PGD).
De farligste er IVV, siden de har størst følsomhet for sjokk og friksjon, og er utsatt for gassjokk i friluft selv i små (mindre enn 1 g) mengder.
Mange pyrotekniske sammensetninger er nære i grad av fare for eksplosive eksplosiver (små produkter av farge-flamme- og kraftsammensetninger er spesielt farlige).
Høyeksplosiver er i stand til å eksplodere hvis de er konsentrert i betydelige mengder. Av disse er de farligste heksogen, oktogen, PETN, tetryl; ammonitter og vannholdige eksplosiver, gellignende og emulsjonssprengstoffer er mindre farlige.
Krutt og fast rakettdrivstoff anses som mindre farlig, mange av dem brenner jevnt og trutt ved trykk på titalls og hundrevis av megapascal, men samtidig er de svært brannfarlige, og krutt, mørtler og noen andre krutt er i stand til å gå over fra forbrenning til eksplosjon .
Det første sprengstoffet som ble brukt i militært utstyr og i ulike sektorer av økonomien var svartkrutt, en blanding av kaliumnitrat, svovel og kull i forskjellige proporsjoner. Det antas at eksplosive blandinger som ligner på svartkrutt var kjent mange år før vår tidsregning for folkene i Kina og India. Det er sannsynlig at fra Kina og India kom informasjon om svartkrutt først til araberne og grekerne. Fram til midten av 1800-tallet, det vil si i nesten 500 år, fantes det ikke et eneste eksplosivt stoff annet enn svartkrutt.
Til å begynne med ble svart pulver brukt til skyting i form av pulver - pulvermasse, og i Russland ble det kalt en trylledrikk. Behovet for å øke skuddhastigheten til våpen førte til erstatning av pulvermasse med pulverkorn.
Et betydelig bidrag til utviklingen av kruttproduksjon i Russland ble gitt på begynnelsen av 1700-tallet under Peter I.
I 1710–1723 Store statlige kruttfabrikker ble bygget - St. Petersburg, Sestroretsk og Okhtinsky.
På slutten av 1700-tallet fant Lomonosov, og deretter Lavoisier og Berthelot i Frankrike, den optimale sammensetningen av svart krutt: 75 % kaliumnitrat, 10 % svovel og 15 % kull. Denne komposisjonen begynte å bli brukt i Russland i 1772 og har praktisk talt ikke gjennomgått noen endringer til i dag.
I 1771, etter gjenoppbygging, kom Shostensky-pulververket i drift, og i 1788 ble verdens største Kazan-pulveranlegg bygget.
På slutten av 1700- og begynnelsen av 1800-tallet skjedde det en rask utvikling av naturvitenskapen: det ble gjort funn innen kjemi, fysikk og eksplosiver og krutt. En etter en syntetiseres eksplosiver som er overlegne i energi enn svartkrutt.
I 1832 fikk den franske kjemikeren G. Bracono, som behandlet lin og stivelse med salpetersyre, et stoff han kalte xyloidin.
I 1838 gjentok Peluso eksperimentene til G. Bracono. Når salpetersyre ble påført papir, ble det oppnådd pergament som ikke ble fuktet av vann og var svært brannfarlig. Peluso kalte det «eksplosivt eller brennende tre».
Prioriteten for oppdagelsen av cellulosenitrater ble anerkjent av den tyske kjemikeren Schönbein. Böttger, uavhengig av Schönbein, oppnådde pyroxylin. Schönbein og Böttger tok patent på bygging av pyroxylinfabrikker i flere land, og allerede i 1847 ble det første pyroxylinproduksjonsanlegget bygget i England, som ble ødelagt av en eksplosjon samme år.
I følge patentet til Schönbein og Böttger ble det bygget et anlegg i Østerrike i 1852, hvor det også skjedde en eksplosjon. Den påfølgende serien med eksplosjoner av pyroxylinfabrikker viste umuligheten av å skaffe kjemisk resistent pyroxylin ved bruk av Schönbein-metoden, derfor ble interessen for det som eksplosiv i en rekke land svekket, og bare i Østerrike fortsatte Lenk (1853–1862) å forske på produksjon av resistent pyroxylin. Han foreslo å vaske cellulosenitrater med en svak brusløsning. Forsøkene hans var imidlertid mislykkede, og etter tre eksplosjoner i varehus i 1862 og i Østerrike, opphørte arbeidet med produksjonen av pyroxylin.
Til tross for slike store tilbakeslag fortsatte Abel arbeidet med å skaffe kjemisk resistent pyroxylin i England, og i 1865 klarte han å skaffe stabilt cellulosenitrat. Han beviste at årsaken til spontan forbrenning av cellulosenitrater når de lagres i varehus er svovelsyre, som forblir i fiberens indre kapillærer. For å trekke ut denne resten foreslo Abel å male nitrocellulosefibre under vann i nederlandske ovner. Denne metoden gjorde det mulig å trekke ut den gjenværende svovelsyren fra kapillærene og oppnå nitrocellulose med tilstrekkelig sikker holdbarhet.
Siden den gang begynte interessen for nitrocellulose å øke igjen; den ble brukt som et eksplosiv, og deretter ble det oppnådd dynamitt.
I 1884 klarte Viel å finne en måte å komprimere nitrocellulose. Han foreslo å behandle det med en blanding av alkohol og eter. Ved alderen dannes det en deiglignende masse som kan presses ut, presses, rulles, det vil si gis ønsket form. For denne oppdagelsen fikk han Nobelprisen. Slik begynte de å produsere pyroxylin-krutt.
I Russland begynte arbeidet med produksjon av cellulosenitrater i 1845–1846. Oberst Fadeev, som prøvde å bruke nitreert bomull til å skyte kanoner og haubitser.
Systematisk arbeid startet i 1891, da det ble opprettet et laboratorium ved Sjøfartsavdelingen for å studere de fysisk-kjemiske egenskapene til cellulosenitrater og krutt. Arbeidet i laboratoriet ble ledet av D.I. Mendeleev. I dette laboratoriet, i 1891, skaffet Mendeleev og hans kolleger pyrocollodion pyroxylin, og i 1892, basert på det, pyrocollodion krutt.
Bruttoproduksjonen av cellulosenitrater og krutt i Russland begynte i 1894. Siden den gang har historien om utviklingen av cellulosenitrater fulgt veien med å studere produksjonsprosesser, forbedre den teknologiske prosessen, lage nytt utstyr og finne en ny type og form for cellulose råvarer.
Mye av æren for dette tilhører fremtredende forskere: R.A. Malakhov, A.P. Zakosjtsjikov, A.I. Titov, G.K. Klimenko, A.P. Sapozhnikov, L.V. Zabelin, A.V. Marchenko og mange andre. Frem til 1930 ble cellulosenitrater kun hentet fra bomullscellulose, og senere begynte man å bruke trecellulose.
Den avgjørende æren for utviklingen av pyroxylinpulverteknologi i Russland tilhører Z.V. Kalachev, A.V. Sukhinsky, V. Nikolsky og mange andre.
I 1846 ble nitroglyserin oppnådd i Italia av Sobrero.
I 1853–1854 Russiske forskere N.N. Zinin og V.F. Petrushevsky var den første i verden som utviklet teknologien for å produsere nitroglyserin.
I 1888 foreslo svensken Alfred Nobel krutt basert på nitroglyserin, inneholdende 40 % nitroglyserin og 60 % nitrocellulose. Ved testing i artillerivåpen viste det seg at dette kruttet har mye større styrke enn pyroxylinkrutt.
I 1889 foreslo F. Abel og D. Dewar i England en annen type nitroglyserinkrutt kalt "Cordite", som betyr snor eller streng.
I Sovjetunionen startet den industrielle produksjonen av ballistisk krutt i 1928, og utviklet seg deretter spesielt intensivt under andre verdenskrig.
I etterkrigstiden (siden 1949) begynte industriell produksjon av store rakettdrivmidler, og siden 1958 utviklingen av høyenergi-rakettdrivmidler.
Siden midten av 50-tallet av XX-tallet. Både i USSR og i USA har blandet fast rakettdrivstoff fått aktiv utvikling.
I utviklingen av moderne krutt og drivstoff ble et betydelig bidrag gitt av innenlandske forskere A.S. Bakaev, K.I. Bazhenov, D.I. Galperin, B.P. Zhukov, N.G. Rogov, A.V. Kostochko, K.I. Sinaev, Ya.F. Savchenko, G.V. Sakovich, B.M. Anikeev, N.D. Argunov, V.V. Moshev, V.A. Morozov, V.I. Samoshkin og mange andre forskere.
Pyrotekniske komposisjoner ble brukt som et middel for krigføring i Kina flere århundrer f.Kr.
I Russland gikk utviklingen av pyroteknikk hovedsakelig i retning av fyrverkerikomposisjoner, og på begynnelsen av 1800-tallet. - militært formål. Et stort bidrag til utviklingen av innenlandsk pyroteknikk ble gitt av K.I. Konstantinov, V.N. Chikolev, F.V. Stepanov, F.F. Matyukevich, A.A. Shidlovsky, F.P. Madyakin.
I 1992 var Russlands strategiske styrker bevæpnet med 1 386 bakkebaserte interkontinentale ballistiske missiler og 934 sjøbaserte interkontinentale ballistiske missiler. Strategiske offensive våpen inkluderer:
Landbaserte interkontinentale ballistiske missiler;
Ubåt ballistiske missiler;
Cruisemissiler fra strategiske bombefly.
Skapere av missilsystemer:
Sergei Pavlovich Korolev - vitenskapsmann, designer av rakett- og romteknologi, grunnlegger av praktisk astronautikk. Under ledelse av S.P. Korolev utviklet og tok i bruk de første innenlandske langdistanse ballistiske missilene ved SRTT.
Viktor Petrovich Makeev - generell designer av militær missilteknologi. Leder for utviklingen av det første innenlandske interkontinentale missilet med fast brensel med et skillestridshode.
Utkin Vladimir Fedorovich – generell designer, direktør for NPO Yuzhnoye. Under hans ledelse ble det RK-23-jernbanebaserte mobile missilsystemet opprettet.
Nadiradze Alexander Davidovich er en fremragende rakettdesigner. Under hans ledelse ble verdens første mobile missilsystemer skapt, og grunnlaget ble lagt for etableringen av Topol-missilsystemet.
Lagutin Boris Nikolaevich – generell designer, utvikler av mobile missilsystemer med raketter med fast brensel.
Solomonov Yuri Semenovich - generell designer. Under hans ledelse ble Topol-M universelle missilsystem opprettet.