黑火藥

火藥的一個品種,屬異質火藥,因燃燒時有煙,故也稱有煙火藥,一般稱黑藥。

黑火藥為中國古代四大發明之一(見火炸藥工業發展史)。初始主要用于醫藥目的,宋代已把火藥用于軍事,制出了火箭、突火槍、震天雷(圖1)等火器,后來又出現了銅鐵火炮等管形火器。

圖1

黑火藥的出現使人類由冷兵器時代進入到熱兵器時代。古代的管形火器就是現代槍炮的始祖。黑火藥的化學反應是以爆燃或爆炸形式出現的。在密閉條件下點燃,除了能產生拋射作用外,有時也會出現爆裂的效應。古代對黑火藥的應用極為廣泛,既可用來燃燒縱火、發射鐵砂和彈丸,也可作為爆破用藥。在19世紀前,它是世界上唯一的火炸藥。13世紀黑火藥經阿拉伯國家傳入歐洲,并發展成為大型火炮的發射藥和彈體炸藥。17世紀開始用于工程爆破和礦山爆破,但爆破威力不大,而且安全性較差。19世紀后作為發射藥為硝化棉系無煙火藥所代替,作為彈體炸藥為苦味酸所代替,作為爆破藥為代那邁特炸藥(見工業炸藥)所代替,但仍作為傳火藥等。

組成

黑火藥是由硝酸鉀、硫磺和炭等組成的混合火藥。它的成分配比從古到今變化不大,一般配比為:硝酸鉀75%;炭15%;硫磺10%。10世紀中國《武經總要》所載三者配比為50:25:6.25(其他18.75);13世紀英國人R.培根的配比為37.5:31.25:31.25。但隨黑火藥的用途不同,組分也稍有改變,如延期火藥所含硝酸鉀的比例要小些。在這三種組分中,硝酸鉀為氧化劑,在燃燒時分解出氧,用以氧化硫磺和炭而放出熱量和氣體產物。硝酸鉀的含量要足夠,才能使燃燒反應完全而釋放出高熱量。炭是可燃劑,與氧化合生成二氧化碳、一氧化碳等氣體。但炭的來源是以含脂量少的木材經炭化而制成,其中的含碳量對黑火藥的燃燒速度有影響,在一定范圍內,碳量大時,炭的燃燒較完全。硫磺也是可燃劑,但還兼有膠粘劑作用,可使黑火藥的藥粒密實、成型好。硫磺著火溫度比炭低,故使火藥易于點燃。黑火藥三種組分燃燒時的反應如下(按KNO374.8%、C13.4%、S11.8%的配比):

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

生產方法

黑火藥的制造工藝(圖2)大部分屬機械加工過程。硝酸鉀和炭的粉碎在裝有青銅球的轉鼓內進行,為了安全,硫的粉碎有時在內襯皮革的木制研磨機內進行。硫易產生靜電,需注意接地。粉碎操作可采用兩組分粉碎法,如硫磺和炭共同粉碎,硝酸鉀和少量的炭共同粉碎;這樣粉碎效果較好。而且可解決單一粉碎的不足,如硝酸鉀的吸潮粘壁、硫磺因靜電而粘結和炭塵太大易起火等問題,但決不可三組分在一起粉碎,這樣容易造成起火事故;旌显趦纫r皮革的轉鼓內進行,轉鼓內裝木球而不用金屬球以保證安全。藥料的壓實操作可在輪碾機上進行,噴少許水后即可壓成薄餅,稱為冷壓。這種產品密度小、易點燃、吸濕性大。另外,也有直接在熱壓機上一次壓實,稱為熱壓。后一方法的產品藥體密實、強度大、吸濕性小,但均勻性差且難點火。壓出的黑藥餅經過帶齒的銅輥粉碎成大小不等的藥粒。經篩除藥粉及不合格顆粒后,再進行光藥,以除去藥粒的棱角,使之光滑。再經干燥、篩選,按粒度大小分類。同一品號類別的藥粒再進行混合,使質量保持均勻。最后分批、裝箱。

圖2 應用

由于黑火藥具有易被火焰、火花點燃,燃燒時又產生許多灼熱的固體顆粒,而易于點燃其他火藥的特點,在軍事上廣泛用作火藥裝藥的點火藥和傳火藥;在引信中用作延期藥、擴焰藥和時間藥盤;還可用于照明彈、信號彈、燃燒彈和煙幕彈的拋射裝藥。在民用方面多用于爆竹、禮花,也可用于導火索、獵槍發射器以及某些礦山的爆破作業等。

參考文章