ФОТОСОСТАВЫ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСПЫШЕК И СВОЙСТВА ФОТОСОСТАВОВ

Фотоосветительные составы делятся на две группы: фотосмеси — механические смеси тонкоизмельченных порошков металлов (алюминия, магния и их сплавав) и кислородсодержащих юолей (КС104, Ba(NO3) 2 и др.) и порошки металлов, чистые или с некоторыми добавками, благоприятствующими их диспергированию при взрыве ВРЗ и быстрому воспламенению и сгоранию в кислороде воздуха.

Фотосмеси для получения большой силы света должны иметь высокую калорийность — более 2 ккал/г (8,4 кДж/г). Исходя из этого в качестве горючих в фотоомесях применяют порошки высококалорийных металлов: магния, магниевых сплавов, алюминия, а иногда также циркония и титана. При выборе металлического горючего и окислителя руководствуются тем'и же соображениями, что и при выборе компонентов для осветительных составов.

В некоторых случаях к двойной смеси окислителя и горючего для получения необходимых времени горения, цвета пламени и т. п. добавляют специальные вещества, окрашивающие пламя и другие добавки.

В табл. 12.3 приведены типичные составы фотосмесей, применяемых в ФОТАБ и фотопатронах, а также в зарядах-маркерах и световых имитаторах (см. § 7 этой главы).

Таблица 12.3 Американские составы д.кя фотовспышек и зарядов-маркеров

•К фотосмесям предъявляются следующие специальные требования: минимальная продолжительность вспышки, максимальная

сила света, наибольшее соответствие спектрального состава излучения вспышки спектральной чувствительности фотопленки.

Продолжительность вспышки, т. е. время свечения пламени, и время сгорания фотосмеси неидентичны. Время горения определяется скоростью химической реакция взаимодействия горючего и окислителя, а длительность свечения пламени — физическими процессами нагревания и остывания продуктов горения. Однако все же скорость реакции горения является решающим фактором, определяющим продолжительность вспышки.

Скорость сгорания фотосмеси, в свою очередь, зависит от рецепта смеси (т. е. от свойств применяемых компонентов и от их соотношения), от степени измельчения компонентов, плотности фотосмеси, характера и интенсивности начального импульса, и от количества одновременно сжигаемой фотосмеси и ее расположения в изделии.

Фотосмеси с м.агниевым порошком горят медленнее, чем смеси с порошками А1—Mg сплавав или с тонкодислераными (порядка нескольких микрометров) порошками алюминия.

Смеси с перхлоратом калия сгорают быстрее, чем смеси с нитратами или сульфатами металлов.

Запатентовано большое количество различных рецептов фото-смесей, в том числе и с применением редкоземельных элементов в чистом .виде и в .виде соединений. Многие из этих рецептов не нашли практического применения ввиду дефицитности применяемых в них соединений. Наиболее эффективными и доступными для практического использования оказались смеси КС104 с порошками алюминия или А1—Mg сплава.

В табл. 12.4 приведены светотехнические характеристики смесей на основе КС104.

Фотосмеси с NaNO3 не применяются вследствие большой гигдроскопичности этой соли.

Вспышки с наибольшей силой света дают фотосмеси с некоторой перегрузкой металлом. При этом избыточное количество горючего сгорает за счет кислорода воздуха. Суммарный тепловой эффект при этом соответственно повышается, а размеры пламени также увеличиваются.

Как правило, самые короткие по времени вспышки дают смеси, в которых компоненты взяты в стехиометрическом соотношении. Сила света вспышек фотосмесей уменьшается при сжигании их в условиях пониженного давления.

Чем тоньше измельчены компоненты фотосмеси, тем быстрее она сгорает. При этом наибольшее значение имеет степень измельчения порошка металла.

Средний размер частиц горючего является важным параметром, определяющим светотехнические характеристики фотосмесей. Для смеси КС104/А1 (60/40) только в случае применения порошка с размером частиц 22±8 мк получаются вспышки достаточной силы света.

Таблица 12.4

Светотехнические характеристики фотосмесей, содержащих КС104 и металлические горючие в стехиометрических соотношениях (ст) и с перегрузкой горючим (п) в количестве H'/ol против стехиометрии [119]

Фотосмеси в порошкообразном состоянии сгорают с большими скоростями (сотни, а иногда и тысячи метров в секунду). Плотность набивки .порошка существенно не сказывается на скорости горения состава.

Однако будучи запрессованными под большими давлениями в брикеты, фотосмеси сгорают так же, как быстрогорящие осветительные составы, т. е. с постоянной скоростью порядка 10—15 мм/с.

Скорость сгорания фотосмеси заметно зависит от характера и интенсивности начального импульса, а также от расположения его в заряде смеси. Для уменьшения времени сгорания фотосме-си применяется не тепловой импульс (заряд черного пороха, бикфордов шнур и т. п.), а взрывной импульс (капсюль-детонатор, шашки какого-либо ВВ и т. п.).

С увеличением количества одновременно сжигаемой фотосмеси скорость горения ее возрастает. При сжигании ее в количестве, превышающем 10—20 г, горение уже переходит во взрыв. Заряд фотосмеси, размещенный в виде компактной массы, сгорает быстрее, чем он же, рассыпанный в виде длинной дорожки.

Однако хотя при увеличении массы одновременно сжигаемого заряда скорость горения смеси увеличивается, продолжительность фотовспышки не уменьшается, а возрастает. Объясняется это увеличением общего времени горения, а также увеличением времени остывания продуктов сгорания.

Таблица 12.5

В табл. 12.5 приведены данные о продолжительности вспышки для зарядов различного веса.

Сила света фотовспышки определяется следующими факторами:

1) теплотой сгорания смеси и зависящей от нее температурой пламени;

2) наличием в пламени твердых и жидких частиц продуктов горения с высокой излучательной способностью;

3) химическим составом фотосмеси, от которого зависят факторы 1 и 2, и спектральным составом излучения вспышки;

4) весом заряда фотосмеси;

5) размерами пламени вспышки;

6) прочностью оболочки.

С увеличением количества фотосмеси, сжигаемой одновременно, интенсивность вспышки возрастает. Однако это увеличение силы света непропорционально увеличению количества смеси. Из табл. 12.6 видно, что удельная сила света на 1 кг состава, характеризующая собой светоотдачу вспышки, резко падает с увеличением количества сжигаемого состава.

Таблица 12.6

Как видно из табл. 12.6, величина пламени возрастает до некоторых пределов почти пропорционально количеству фотосмеси, но при дальнейшем увеличении веса заряда возрастание размеров пламени, так же как и увеличение силы света, сильно замедляется. Для больших зарядов фотосмеси Imax возрастает пропорционально весу заряда в степени 2/3.

Некоторое влияние на светоотдачу вспышки и особенно на ее продолжительность оказывает прочность оболочки, в которую заключен состав. В прочных металлических оболочках фотосмесь сгорает быстрее, чем в картонных.

Очень большое значение имеет также чувствительность фотосмесей к механическим и к тепловым воздействиям. Эти свойства определяют собой степень опасности изготовления фогосмесей, снаряжения ими фотобомб, а также возможность безопасной эксплуатации фото бомб.

Наиболее чувствительны к удару и трению смеси, содержащие в качестве окислителей хлораты и особенно перманганаты.

Томлинсон и Одрит указывают, что хлораты, смешанные с порошкообразными металлами, весьма чувствительны к удару и трению. Зарегистрированы случаи взрывов таких смесей. Поэтому предпочитают применять, где только возможно, более стойкий перхлорат калия.

Одна из наиболее широко применявшихся фотосмесей, состоящая из тонкоизмельченных порошков нитрата бария и сплава А1—Mg, по их мнению, не только легковослламеняема, но чрезвычайно чувствительна к трению и к удару.

Особенно чувствительными ж удару фотосмеси становятся в том случае, когда в них имеются даже незначительные примеси органических веществ.

В бомбах металлопылевого типа имеется разница в поведении алюминиевой пудры, магниевого порошка и порошка А1—Mg сплава.

Сравнительно крупный алюминиевый порошок трудно воспламеняется и не .может быть эффективно использован в метал-лолылевых фотобомбах. Алюминиевая пудра требует довольно значительного по весу ВРЗ и дает более короткую вспышку, чем алюминиевый порошок, с меньшим временем достижения максимальной силы света. Магниевый порошок, для которого требуется ВРЗ значительно меньшего веса, дает вспышку значительно большей продолжительности с большим временем достижения максимума силы света. Магниевые сплавы занимаюг промежуточное положение. Отношение веса порошка металла к весу ВРЗ обусловливается разницей в воспламеняемости металлических горючих; мапниевый порошок легче воспламенять, чем алюминиевый. Очевидно, чрезмерно крупные частицы не будут воспламеняться после распыления.

При взрыве ФОТАБ металлопылевого типа некоторая доля частиц металла спекается в частицы или комки довольно большого размера, диаметром до 250 мкм. Это приводит к снижению интенсивности вспышки и к увеличению ее продолжительности.