火工品第三章 延期药和延期元件(王茜)

1、国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件13 延期药和延期元件3.1 概述概述 o 弹药中完成定时作用:如钟表机构、电子线路、化学腐蚀和延期燃烧等。 性能性能项目项目结构结构精度精度价格价格钟表机构复杂高高电子线路复杂高高化学腐蚀延期燃烧简单较低低国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件2技术要求：技术要求：o 1.延期时间时间要精确o 2.较好的火焰感度火焰感度o 3.作用可靠可靠o 4.足够的机械强度机械强度延期药延期药有气体延期药有气体延期药通气式延期元件通气式延期元件无气体延期药无气体延期药密闭式延期元件密闭式延期元件国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延

2、期要和延期元件33.2 有气体延期药有气体延期药-黑火药黑火药3.2.1 成分及主要性能成分及主要性能o 1.成分成分o 黑药一般是由硝酸钾，木炭和硫硝酸钾，木炭和硫三元混合而成。 几种黑药的配比百分数几种黑药的配比百分数种类 硝酸钾 木炭 硫军用一般黑药 75 15 10导火索芯药 78 12 10普通引信用黑药 7375 17.514.5 9.510.5国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件42.主要性能主要性能o 外观外观 ：灰黑黑色到黑色o 感度：感度：火焰感度很高火焰感度很高，易点燃。爆发点：290310。机械感度和摩擦感度也较大机械感度和摩擦感度也较大，受到强烈的冲

3、击和摩擦即可发火或爆炸。50%爆炸的冲击感度为84kgcm；将它放在两个木板间摩擦就可能发火。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件5o 爆温：爆温：约为2100。o 黑药的燃烧：黑药的燃烧：黑药易点燃，反应热大，点火能力强，黑药易点燃，反应热大，点火能力强，传火及燃烧速度快传火及燃烧速度快。密度大时，能有均匀的逐层燃烧。如按硝酸钾：木炭：硫=75：15：10作为零氧平衡计算，则黑药化学反应方程式为：o 2KNO3+S+3CK2S+3CO2+N2国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件63.2.2 黑药的用途黑药的用途 o 用作延期药延期药的是小粒黑药小粒黑药，

4、o 用于炮弹发射药炮弹发射药的是大粒黑药大粒黑药。o 粉状黑药粉状黑药是三元混合物，未经过热压处理，一般用于制造导火索导火索。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件73.2.3 影响黑药燃速的因素影响黑药燃速的因素o 1.原料原料的影响 三组分原料中对燃速影响最大的是木炭。 o 2.成分配比成分配比的影响 目前采用的成分配比，可以在11.5%之间变动。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件8黑药的配比对燃速的影响（一）黑药的配比对燃速的影响（一） 黑药成分配比/% KNO3 S C 在药盘内燃烧时间/s 75 10 15 12.4 78 10 12 16.9

5、80 10 10 24.2 81 10 9 25.8 84 10 6 49.7 87 10 3 不燃 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件9 黑药配比对燃速的影响（二）黑药配比对燃速的影响（二）黑药成分配比% KNO3 S C 在药盘内燃烧时间/s 75 1 24 10.9 75 4 21 11.2 75 7 18 11.8 75 10 15 12.4 75 13 12 13.2 75 20 5 28.8 1g硫燃烧放出的2.72kJ的热，1g木炭燃烧放出11.62kJ的热。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件10o 3.水份的影响水份的影响 水份有两种作用

6、，一是水份在燃烧时汽化吸热，使燃速降低；二是水份参加化学物理反应使燃速增加。 o 4.装填条件对延期药燃烧速度的影响装填条件对延期药燃烧速度的影响 黑药药粒的真密度一般为1.61.95gcm-3，密度小时易点火且燃速大，可相差1020倍。 延期药管和药盘的材料及尺寸：一般来说管径小，材料的传热系数大，会使燃速降低。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件11o 5.外界条件对延期药燃速的影响外界条件对延期药燃速的影响 温度温度的影响，常用下列经验公式计算： u/u=0.0005t 式中 u温度t时的燃速； u速度增量； t温度增量。 环境环境（或大气）压力的影响:压力增大燃速增大

7、， 压力降低燃速就降低。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件123.3.1 延期药的原材料选择延期药的原材料选择 o 1.氧化剂的选择氧化剂的选择 熔点：熔点低 燃烧速度大 含氧量：有效含氧量多 分解热：分解时需要热量少或放热的氧化剂 （对同一可燃物而言）。 分解生成物的熔点和沸点：为了避免外界条件的变化而影响其燃速，要求分解生成物是难挥发的物质。 吸湿性：吸湿性大的氧化剂不能用3.3 微气体延期药微气体延期药国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件13常用的常用的氧化剂：氧化剂：氯酸盐和过氯酸盐：KClO3、KClO4等铬酸盐和重铬酸盐：BaCrO4、PbC

8、rO4、K2CrO4、 BaCr2O7等高锰酸盐：KMnO4硝酸盐：KNO3、Ba(NO3)2等BaO2、MnO2、PbO2、Pb3O4、Fe2O3、CaO等氧化物和过氧化物：国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件142.可燃物可燃物的选择的选择化学活性：化学活性高活性高，燃烧速度也大。燃烧热：燃烧热大燃烧热大的可燃物燃速大燃烧生成物：可燃物燃烧的生成物在燃烧温度下为凝凝聚聚状态。 可燃物的粉碎程度:粒子越小小，比表面越大，燃烧反应速度就越快，而且时间精度越高。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件15常用的可燃物：常用的可燃物：金属可燃物：Mg（快）、Al、

9、Mn(中)、Zr(快)、Sb(慢慢)、Zn、W(慢慢)等非金属可燃物：Si(中)、S、Se、B(快)、Te等硫化物：Sb2S3、Sb2S5等合金：Fe-Si、Zr-Ni(中)、Ca-Si、Ce-Mg等国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件16粘合剂及其它附加物的选择粘合剂及其它附加物的选择常用的粘合剂：硝化棉、虫胶、松香、亚麻油、硫、酚醛树脂、聚硫橡胶、氯丁橡胶、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸丁酯、有机多硫化物等。燃速调整剂：石墨、铜、硅藻土和氟化钙。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件173.3.2 延期药的组成延期药的组成1.成分成分根据燃速来选择2

10、.配比配比 所谓氧平衡是指延期药中可燃物完全燃烧时所需要氧化剂的氧量有多余或不足的情况。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件18 %21%1006862 .9122 .912%10022%YXXZr例例：强耐水药601#Pb3O4 72%Zr 28%反应方程为：2Zr+Pb3O42ZrO2+3PbX-锆分子量=92.1，Y- Pb3O4分子量=686，则锆含量百分数：国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件19o 一般原料锆中活性锆的含量规格为6981%，则28g锆中活性锆的含量为： 2869%=18.32（g） 2881%=22.68（g）， 即锆的含量为18

11、.3222.68go 实验时选定的配比的实验点是围绕着零氧平衡进行的，测定不同配比时，药剂的燃速，得到配比和燃速的曲线。在使用时常选用曲线的最大点，即曲线斜率最小处作为延期药的配方。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件203.3.3 微气体延期药燃烧机理及影响燃速的因素微气体延期药燃烧机理及影响燃速的因素o 3.3.3.1 延期药的燃烧机理延期药的燃烧机理 固-固相的反应，反应时氧从固体氧化剂扩散到可燃物中，或可燃物扩散到氧化剂中 。 预点火反应：固-固相反应 以BaO2和Fe为例,著名的U型管试验国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件213.3.3.2 延

12、期药燃烧速度延期药燃烧速度是药柱的未燃区，是反应区，是已燃区。AB是燃烧面，Tr-室温，Ti-药柱的发火点，Tb-燃烧后的温度。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件22o根据热力学定律，热量由高温向低温流动，而流速为dg, dg=dQ/dtdtLTTdtdLdTdQib1式中： dQ1：从反应区向预热区流动的热量 ： 传热系数 dt： 时间国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件23 dsTTCdQri)(12 （1） 21dQdQ则 dsTTCdtLTTriib)(1 （ 2） )()(1riibTTLCTTVdtds （ 3） 从反应区流出的热量用于将药剂从

13、Tr加热到Ti，设dQ2为此加热所需的热量：国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件24图 3.4.3.2 药柱的扩散燃烧模型根据扩散方程，扩散速度 rKdtdr1，即：Kdtrdr 边界条件：反应前：t0， r0 反应后：t，rr0r0dr国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件25 000Kdtrdrr Kr220 （5） Kr220 KrvvL220 201)(2)(rTTCKTTVriib国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件263.3.3.3影响燃烧速度的因素影响燃烧速度的因素o 1.原料 ：可燃物的活性，氧化剂的分解温度，o 粘合剂，水分

14、，CaF2o 2.原料粒度:细度增大，燃速快，精度好o 3.装药直径：直径减小，径向热损失大，燃速小o 4.管壳材料及厚度 ：热损失o 5.装药密度o 6.环境条件国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件27图3.5.2.1压药药量与燃烧时间的关系国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件283.3.4 设计和研制延期药应该注意的问题设计和研制延期药应该注意的问题1.产品要求2.作用时间的调整 3.原料的选择 4.环境条件适应性5.原料配比的确定 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件29应满足以下技术要求：应满足以下技术要求：o (1)燃烧时间要准确

15、o (2)射击时中途不熄灭o (3)良好的物理和化学安定性o (4)具有较小的机械感度和一定的强度 o (5)工艺要求国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件303.3.5 常见延期药简介常见延期药简介 o 国外:有硅系、硼系、镁系、钨系、铬系、钼系、锆系、锰系、硒-锑等延期药。 o 硅系：硅/(PbO2、Pb3O4、PbCrO4) ，用于毫秒级延期雷管o 硼系：短延期药剂，25100ms，用于短延期雷管o 钨系：高秒量延期药国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件31o 国内：常用的有钨系、硅系和硼系。钨系常用作高秒量长延期药；硅系多用作毫秒延期药；硼系短延期军用

16、较多。o 近年来国外对有机组分作延期药也有一些研究。延期-点火药是梯恩梯的金属盐类的混合物。这类药剂与硼-铅丹比较，静电感度更低，并有良好的贮存稳定性。此外，还有三硝基间苯二酚钡、硝基萘与碳的混合药剂等。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件32o 硅系延期药主要含有硅和四氧化三铅，是一种常用的、性能较好的、无气体的毫秒延期药，也可用作点火药。硅系延期药的缺点：机械和静电感应较高，在生产中安全问题应特别注意。o 硼系延期药大致可分为BPb3O4、BCuO和BBaCrO4三类。国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件33(1) BPb3O4延期药延期药B Pb3O

17、4的点火感度较高，B含量大于5时可为导爆管直接点燃，其燃速在4.745 mms-1之间，适用于25200ms的延期范围，误差大约为10。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件34(2) BCuO延期药延期药 BCuO延期药的点火感度高，类似BPb3O4延期药，而燃速稍慢，适用于100500ms的延期范围。BCuO延期药的燃速随B含量的增加而增加，其范围是1448 mms-1。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件35(3) BBaCrO4延期药延期药 BBaCrO4延期药的点火感度较差，需要加入点火药才能被点燃，其燃速较慢，主要作为秒延期药。BBaCrO4延

18、期药的燃速在518mms-1之间，硼含量的变化影响BBaCrO4延期药的燃速。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件36(4)其它硼系延期药其它硼系延期药o 法国专利公布的电雷管延期药配方是硼粉，四氧化三铅，铜粉为6904。o 美国用于双方向延期接头处的延期药配方是硼粉/四氧化三铅硅为1.5/7028.5。 o 钨延期药是一种燃速很慢的延期药，它需要用锆点火药来点燃。钨系延期药的优点是低温燃烧性能较好，在一60一70时不易熄灭。但是，钨系延期药燃速随环境温度的变化较大。 国防科技学院 火工品设计原理 第三章 延期要和延期元件373.4 延期元件简介延期元件简介 延期保险螺结构示意图3.4.1 保险药柱保险药柱国防