Термитные составы

В основе применения термитных составов лежат так называ­емые термитные реакции.

Термитная реакция происходит между окислителем и горючим, но условия ее отличаются от условий реакции в обычных пиротех­нических двойных смесях.

Под термитными подразумеваются экзотермические реакции ме­жду металлом и окислом другого металла, когда свободный металл окисляется за счет кислорода окисла. Следовательно, в термитной реакции окислителем служит окисел металла, а горючим — свобод­ный металл.

Термитные реакции отличаются следующими свойствами от реакций, происходящих в других пиротехнических составах:

1) начальные и конечные продукты реакции — твердые веще­ства;

2) для возбуждения термитной реакции требуется мощный тепло­вой импульс (реакция начинается при высокой температуре);

3) при термитной реакции развивается высокая температура, что объясняется, главным образом, отсутствием газообразных про­дуктов, при наличии которых обычно теряется много тепла;

4) теплота реакции настолько велика, что продукты ее (шлак) расплавляются и могут растекаться. Это свойство шлака очень по­лезно в зажигательном составе, так как расплавленные шлаки уве­личиваю? радиус его действия.

Термитные реакции, как и другие в пиротехнике, после воз­буждения их начальным импульсом протекают без постороннего притока тепла. Скорость термитных реакций обычно велика.

Главную роль в термитном процессе играет горючее. Теплота сгорания горючего определяет тепловой эффект реакции. Горючее вещество в термитных реакциях должно образовывать окислы, легко плавящиеся при температуре реакции, что необходимо для получения расплавленного шлака. Однако температура кипения окисла должна быть выше температуры реакции, чтобы не было парообразования окисла. Парообразование окисла понизит темпе­ратуру реакции, так как потребуется излишнее тепло на процесс парообразования, и часть тепла уйдет с парами.

Для умеренной скорости реакции требуется, чтобы и самое го­рючее (металл) не переходило в парообразное состояние в процессе реакции. Таким образом температура кипения металла должна по возможности превышать температуру реакции.

Наиболее подходит для термитных реакций алюминий. Реакция его окисления за счет кислорода окислов некоторых металлов была открыта в 1894 г. Гольдшмидтом и широко используется в тех­нике. Вследствие большой теплоты сгорания алюминий способен отнимать кислород от окислов большинства металлов.

Окислитель (т. е. окисел) должен легко отдавать кислород, затрачивая на свое разложение минимальное количество тепла. В таком случае реакция проходит с большим выделением тепла. В результате восстановления окисла должно получиться легко­плавкое, но труднолетучее вещество (как и в результате окисле­ния горючего — металла).

Для практического использования термитных реакций необ­ходимо, чтобы компоненты были доступны и сравнительно не­дороги.

Наиболее подходящими окислителями являются окислы железа. Железо, образующееся в результате реакции, расплавляется при температуре процесса. Скорость реакции железоалюминиевого тер­мита регулируется подбором величины зерен компонентов.

Обычно для зажигательного состава применяется смесь алюми­ния (24—25%) с окислами железа (75—76%) Fe₃O₄ и Fe₂O₃, называе­мая железным термитом.

Термит воспламеняется при высокой температуре; для его вос­пламенения используют специальные составы. Горящий термит с трудом поддается тушению. Реакция горения термита может про­должаться даже под водой. Термит не чувствителен к механическим воздействиям и безопасен в обращении.

В процессе реакции образуются железо и окись алюминия в рас­плавленном, огненно жидком состоянии; эти расплавленные шлаки растекаются по поджигаемой поверхности, создавая очаги пожара.

Температура реакции железо алюминиевого термита приблизи­тельно 2500°. Точно она не определена, главным образом, потому, что отсутствуют данные о теплоемкости продуктов реакции при вы­соких температурах. Приближенными расчетами, исходя из реакции горения термита:

3 Fe₃O₄ + 8 AI  9 Fe + 4 AI₂O₃ + (772,5 кг-кал ± 3),

найдено, что температура ее может достигать 3200 ± 200°. Однако предполагается, что в процессе реакции происходит парообразова­ние самого алюминия, поэтому температура реакции снижается до температуры кипения алюминия, т. е. до 2500—-2300°.

Опытные определения температуры реакции оптическими мето­дами дают 2250—2300°.

При применении термита в качестве зажигательного состава выявились некоторые его недостатки, например, трудность воспла­менения и недостаточный радиус действия.

Для улучшения свойств термита к нему добавлялись различные вещества. В английских авиабомбах применялся следующий со­став (в проц.):

Окалины железа ………………………............. 50

Алюминия ..........………………………………..... 24

Нитрата бария ......... ……………………. .... 26

Применением нитрата бария предполагалось повысить эффектив­ность термита за счет увеличения количества кислорода, но это дало отрицательные результаты.

В некоторых составах к термиту добавлялись различные цементаторы, чтобы придать составу механическую прочность, например (в проц.):

Окиси железа .……………………….............. 76

Алюминия ............…………………………..... 22

Жидкого стекла ..……………………............. 2

Количество жидкого стекла может повышаться до 15%. Смесь термита с 15% жидкого стекла высушивается до полного удаления воды, и полученное вещество оказывается нечувствительным к удару.

Из органических цементаторов применяется целлулоид (в раст­воре эфира), который после высушивания смеси участвует в горении с образованием пламени. В некоторых случаях для связывания тер­митной массы применяются смолы, пек и другие вещества. Однако, прибавляя к термиту горючие связывающие вещества и окислители, дающие в результате реакции газообразные продукты, можно сни­зить температуру реакции, а это ухудшит зажигательное действие термита.

Для увеличения радиуса действия термита он применяется в сме­си с различными нефтепродуктами и горючими маслами (например с «сгущенным нефтемаслом», предложенным американскими хими­ками). При горении смеси термита со сгущенным маслом получается

столб пламени, высотой до 4 м, горящее масло растекается на боль­шую площадь.

Чтобы затруднить тушение пожаров, вызванных термитными зажигательными средствами, к составам иногда добавляется метал­лический натрий, который вызывает взрывы при тушении состава водой.

Для снаряжения зажигательных средств термитные составы прессуются под большим давлением. Этим достигается действие большой массы термита, занимающей сравнительно небольшой объем. Чаще всего состав прессуется в металлическую оболочку, чем обеспечивается механическая прочность изделия.