黑火药

火药的一个品种,属异质火药,因燃烧时有烟,故也称有烟火药,一般称黑药。

黑火药为中国古代四大发明之一(见火炸药工业发展史)。初始主要用于医药目的,宋代已把火药用于军事,制出了火箭、突火枪、震天雷(图1)等火器,后来又出现了铜铁火炮等管形火器。

图1

黑火药的出现使人类由冷兵器时代进入到热兵器时代。古代的管形火器就是现代枪炮的始祖。黑火药的化学反应是以爆燃或爆炸形式出现的。在密闭条件下点燃,除了能产生抛射作用外,有时也会出现爆裂的效应。古代对黑火药的应用极为广泛,既可用来燃烧纵火、发射铁砂和弹丸,也可作为爆破用药。在19世纪前,它是世界上唯一的火炸药。13世纪黑火药经阿拉伯国家传入欧洲,并发展成为大型火炮的发射药和弹体炸药。17世纪开始用于工程爆破和矿山爆破,但爆破威力不大,而且安全性较差。19世纪后作为发射药为硝化棉系无烟火药所代替,作为弹体炸药为苦味酸所代替,作为爆破药为代那迈特炸药(见工业炸药)所代替,但仍作为传火药等。

组成

黑火药是由硝酸钾、硫磺和炭等组成的混合火药。它的成分配比从古到今变化不大,一般配比为:硝酸钾75%;炭15%;硫磺10%。10世纪中国《武经总要》所载三者配比为50:25:6.25(其他18.75);13世纪英国人R.培根的配比为37.5:31.25:31.25。但随黑火药的用途不同,组分也稍有改变,如延期火药所含硝酸钾的比例要小些。在这三种组分中,硝酸钾为氧化剂,在燃烧时分解出氧,用以氧化硫磺和炭而放出热量和气体产物。硝酸钾的含量要足够,才能使燃烧反应完全而释放出高热量。炭是可燃剂,与氧化合生成二氧化碳一氧化碳等气体。但炭的来源是以含脂量少的木材经炭化而制成,其中的含碳量对黑火药的燃烧速度有影响,在一定范围内,碳量大时,炭的燃烧较完全。硫磺也是可燃剂,但还兼有胶粘剂作用,可使黑火药的药粒密实、成型好。硫磺着火温度比炭低,故使火药易于点燃。黑火药三种组分燃烧时的反应如下(按KNO374.8%、C13.4%、S11.8%的配比):

20KNO3+10S+30C─→6K2CO3+K2SO4+3K2S3+14CO2+10CO+10N2

生产方法

黑火药的制造工艺(图2)大部分属机械加工过程。硝酸钾和炭的粉碎在装有青铜球的转鼓内进行,为了安全,硫的粉碎有时在内衬皮革的木制研磨机内进行。硫易产生静电,需注意接地。粉碎操作可采用两组分粉碎法,如硫磺和炭共同粉碎,硝酸钾和少量的炭共同粉碎;这样粉碎效果较好。而且可解决单一粉碎的不足,如硝酸钾的吸潮粘壁、硫磺因静电而粘结和炭尘太大易起火等问题,但决不可三组分在一起粉碎,这样容易造成起火事故。混合在内衬皮革的转鼓内进行,转鼓内装木球而不用金属球以保证安全。药料的压实操作可在轮碾机上进行,喷少许水后即可压成薄饼,称为冷压。这种产品密度小、易点燃、吸湿性大。另外,也有直接在热压机上一次压实,称为热压。后一方法的产品药体密实、强度大、吸湿性小,但均匀性差且难点火。压出的黑药饼经过带齿的铜辊粉碎成大小不等的药粒。经筛除药粉及不合格颗粒后,再进行光药,以除去药粒的棱角,使之光滑。再经干燥、筛选,按粒度大小分类。同一品号类别的药粒再进行混合,使质量保持均匀。最后分批、装箱。

图2 应用

由于黑火药具有易被火焰、火花点燃,燃烧时又产生许多灼热的固体颗粒,而易于点燃其他火药的特点,在军事上广泛用作火药装药的点火药和传火药;在引信中用作延期药、扩焰药和时间药盘;还可用于照明弹、信号弹、燃烧弹和烟幕弹的抛射装药。在民用方面多用于爆竹、礼花,也可用于导火索、猎枪发射器以及某些矿山的爆破作业等。

参考文章