关键词：添加剂；闪光烟火药；辐射强度
闪光烟火药是一种能在极短时间内(一般不超过零点几秒)产生数百万至数十亿坎德拉的光效应剂。近年来，闪光烟火药的发展是制造强光致盲弹药，对高科技光电探测设备及光电制导武器实施非致杀伤破坏及迷盲性干扰。由于其效费比高、光谱范围宽、多向辐射、易装各种弹体等优点，一直是人们研究的热点。
一、烟火药的发展方向
1、理论研究要突破。大多数的烟火药是大量的固-固粒子混合而成，其聚集状态是固-固相的。从固体化学角度来研究烟火药的化学反应机理，意义极其重大。只有依据固体化学反应原理来研究烟火药反应机理，才有可能使烟火药创新发展产生质的飞跃。
2、技术研究概念要更新。传统的烟火特种弹药概念已在更新，如照明弹药已由可见光照明发展为红外照明，发烟弹药已由遮蔽可见光发展为抗红外、激光、毫米波，曳光弹药已由可见光曳光发展为红外曳光，信号弹药已由传统烟火信号发展为烟火信息编码信号。
技术研究概念更新的烟火信息编码信号药剂，是一种脉冲频闪烟火信号剂，它在燃烧和爆炸反应过程中，以1～1000 Hz频率变化和多光谱波长交替的形式给出类似二进制数据信息，从而实现计算机编码，由此获得编码脉冲频闪烟火信号弹药模块，通过信号弹发控与编码和信号探测处理及其指令发布操作，即可实现战令通信指挥。其基本工作过程的第一步是发送方按照作战指令传递数据信息，驱动程控库调出与数据信息相对应者编码烟火信号弹；第二步是发射脉冲频闪烟火信号弹至空中，发出特定的频闪光；第三步是一个或多个接收方采用特定的装置接收光信号，进行信号转换、辨识和处理；第四步是数据信息的重构，复现发送方的原始信息。
3、应用领域应拓展。拓展烟火药应用领域也是烟火药发展面临的任务。极端环境条件下(低温、低压、大雨雪等)和真空微重力的外层空间战场和水下战场烟火药应用需求背景明确。环境的变化，介质的不同，药剂的性能将发生显著变化。
4、配方研究要凸现新原理、新方法、新材料、新工艺。配方研究要凸现新原理、新材料、新工艺。配方研究要凸现的新材料，例如可供光电干扰剂配方研究的新材料就有纳米粉体材料、烟火纳米复合含能材料、单体异质宽波段复合干扰材料、碳纳米管磁性复合吸波材料、无机纳米粒/石墨烯复合隐身干扰材料、红外一微波多功能诱饵材料等。用化学气相淀积和物理气相淀积制备烟火制品、用悬浮沉淀法和磨混法制备红外烟火药等新工艺对烟火药的性能提高意义重大。
二、实验
1、实验用原材料。氧化剂：高氯酸钾；可燃物：球形铝粉(粒径24±3m)；添加剂：三氧化二铁；三氧化二铝；微粉石墨(粒径小于50m)。
2、闪光烟火药的制备工艺。闪光烟火药由氧化剂、可燃物、粘合剂和添加剂组成，配比为50/50/3/3。
3、闪光烟火药辐射强度的测试
1)测试系统。测试不同闪光药配方在可见光区和近红外波段的辐射强度，测试系统如图1。用于可见区和近红外波段的测试仪器分别是ST-80C型照度计(测试范围为400～700nm)和FZ-A型辐照计(测试范围为725～1050nm)。r为闪光火球至探测器距离(单位:m)。
图1
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2)实验条件。烟火药装药密度为1.9g·cm-3～2.0g·cm-3，壳体采用钢壳，壳体厚度为1.5～2.5mm，样弹悬挂高度1.2m；探测器至闪光火球的距离均为60m，以下各个对比性实验条件相同。
结果与讨论
1、KCl04/Al/3％粘合剂/2％A1203四元配方的辐射强度。为了增大燃烧产物中大粒径凝聚相产物的比例，在闪光烟火药配方中加入了2％A1203(熔点为2350K，沸点为3750K)，初步研究了外加燃烧产物粒子对闪光药辐射强度的影响。测定结果见表l。为了比较，同时测定了KCl04/A1/3％粘合剂三元配方的辐射强度(列出结果为多次实验测定结果的平均值，其余实验相同)。
表1
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由表l可知，闪光烟火药中加入2％A1203可使可见光区的发光强度提高1.41％，近红外区的辐射强度提高了17.94％。闪光烟火药的发光辐射属于热辐射。同照明剂一样，燃烧火焰中需有大量的固、液体微粒，它们的占有量越多，越有利于发光强度的提高。此外，火焰中固体微粒愈小时，愈有利于发光性能的提高，尤其对近红外辐射强度的提高贡献最大。所以应继续深入研究燃烧产物中凝聚相粒子对辐射强度的影响机理和技术，这可能是提高闪光药辐射强度的有效途径之一。
2、KCl04/A1/3％粘合剂，2％Fe203四元配方的辐射强度。三氧化二铁和铝粉可组成铝热剂，铝热剂具有燃烧温度高、热值大的特点。在闪光剂配方中加入2％高热值的三氧化二铁氧化物，目的引入铝热剂配方，进而提高闪光药辐射强度，测定结果见表2。
表2
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由表2可知，2％三氧化二铁的加入对闪光烟火药可见光区发光强度和近红外区辐射强度影响不大。可能原因是铝热剂的燃烧速度小于高氯酸钾和铝粉的反应速度，而闪光烟火药在极短时间内反应完毕，三氧化二铁还没有来得及同铝粉完全反应，所以铝热剂的燃烧温度高、热值大的特点没有发挥出来。
3、KCl04/A1/3％粘合剂，不同含量微粉石墨四元配方的辐射强度。微粉石墨是润滑性很好的无机材料，常作为润滑剂加入烟火药配方中，以降低烟火药的机械感度。测定了KCl04/A1/3％粘合剂/不同含量微粉石墨四元配方的辐射强度，测定结果见表3。
表3
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由表3可知，闪光烟火药配方中分别加入1％和2％微粉石墨后，其可见光区发光强度分别下降了4．2％和5．4％，但近红外区辐射强度分别提高了6．96％和7.96％。这可能是由于燃烧高温下石墨粒子本身亮度小，另外黑色的微粉石墨粒子的存在能够衰减闪光火球发出的可见光，这两方面都会造成可见光区发光强度的降低；而微粉石墨是强红外活性物质，吸收红外辐射的能力很强，相应地高温时有较强的红外辐射能力，所以加入到闪光烟火药中可使近红外区辐射强度得到一定程度的提高。
三、结论
1、闪光烟火药加入2％A1203可使可见光区的发光强度提高1.4％，近红外区的辐射强度提高了17.94％。
2、2％Fe203的加入对闪光烟火药可见光区发光强度和近红外区辐射强度影响不大。
3、三元闪光烟火药配方中分别加入1％和2％微粉石墨后，其可见光区发光强度分别降低了4.2％和5.4％，但近红外区辐射强度分别提高了6．96％和7．96％。
参考文献：
[1]潘功配.烟火学[M].北京：北京理工大学出版社，2015(08)．
[2]许又文.闪光烟火剂强光辐射实验研究[J].北京理工大学学报，2015(01)．
论文作者:裴正学1窦春玉2孙庆亮3
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：烟火论文; 强度论文; 闪光论文; 可见光论文; 配方论文; 石墨论文; 弹药论文; 《科学与技术》2019年20期论文;