3.10. Температурные коэффициенты объемного и линейного расширения

Характер и величина изменения линейных размеров и объема вещества от температуры оказывают влияние на стабильность свойств пироэлемента и заряда на его основе. Наличие в составе компонентов со значительными температурными коэффициентами линейного и объемного расширения может привести к появлению трещин в составе (а значит, уменьшению прочности образца и возможности нестабильного горения), разрушению оболочки, отслоению состава от оболочки или бронепокрытия и т.д.

Исследование изменения линейных и объемных размеров веществ при нагревании осуществляют с помощью дилатометров, отличающихся в зависимости от цели исследования и возможности подготовки образца большим разнообразием. Для определения абсолютных изменений образца используют интерференционные дилатометры и метод компаратора (с помощью двух микроскопов определяют изменение длины нагреваемого образца). Интерференционные дилатометры позволяют заметить удлинение в 0,02-0,03 мкм, но это сложные приборы, работа на которых требует определенного навыка.

Наиболее распространены относительные методы, основанные на сравнении теплового расширения испытуемого образца и стандартного вещества с известным тепловым расширением. Например, метод зеркала и шкалы обеспечивает почти ту же точность, что и интерференционный, но не требует постоянного наблюдения. Сущность его состоит в том, что два одинаковых образца, стандартный и исследуемый, помещаются рядом и покрываются стеклянной пластиной. При нагревании вследствие разного температурного расширения образцов меняется угол, образуемый поверхностью пластинки, и поверхностью, на которой помещаются образцы. Эго изменение определяют путем измерения угла, образуемого отражением параллельного пучка света от указанных поверхностей.

Часто используют кварцевый дифференциальный дилатометр, который позволяет измерить разность удлинения образца и кварца, тепловое расширение которого мало. Этот дилатометр менее чувствителен, но прост и удобен в обращении. Для увеличения точности измерения кварцевые дилатометры снабжаются специальными устройствами для измерения смещения стержня относительно держателя.

Существуют также электрические методы измерения теплового расширения, основанные, например, на измерении емкости между металлической пластинкой, прикрепленной к концу исследуемого образца, и поверхностью медного вспомогательного образца.

Дилатометры для жидкостей состоят из резервуара и калиброванного капилляра, изготовленных из плавленого кварца. Расширение жидкости в резервуаре измеряется по перемещению уровня жидкости в капилляре.

3.11. Теплоты образования и разложения

Теплоты образования^ и разложения оказывают влияние на возможность сгорания смеси, содержащей данный компонент, температуру горения, чувствительность состава к механическим и тепловым импульсам, его взрывчатые свойства. Для обеспечения возможности горения смесей, увеличения тепловыделения и получения более высоких температур при горении желательно использовать компоненты с малой теплотой образования и разлагающиеся с выделением тепла (хлорат и перхлорат калия, нитрат и перхлорат аммония и т.д.). Однако компоненты, разлагающиеся с выделением тепла, представляют определенную опасность, а смеси на их основе, как правило, более чувствительны к механическим воздействиям и обладают взрывчатыми свойствами. Очень высокой чувствительностью обладают хлоратные составы, несколько меньшей – перхлоратные и еще меньшей – нитратные. Поэтому в качестве окислителей наиболее часто используют нитраты. Только необходимость или исключительно важные свойства заставляют применять такие окислители, как хлораты и перхлораты. Например, хлорат калия имеет низкую температуру разложения (особенно в присутствии горючих); составы на его основе легко воспламеняются, допускают значительную перегрузку горючим, могут устойчиво гореть, имея низкую температуру поверхности горения, что является необходимым условием для составов цветных и пестицидных дымов, в которых он является практически единственным окислителем.

Перхлорат аммония разлагается при относительно низкой температуре с образованием только газообразных продуктов. Смеси перхлората аммония с органическими горючими сгорают в широком диапазоне соотношения между компонентами, поэтому он широко используется в твердых топливах, фейерверочных составах и составах для активного воздействия на облака и туманы.

Теплоты образования и разложения могут быть определены расчетным или экспериментальным методами. При расчете необходимо учитывать, что теплота разложения зависит от состава продуктов разложения, а последние – от условий разложения (температуры, давления, природы и количества другого или других компонентов). Так, при низких температурах нитрат натрия разлагается до NaNO₂ и О₂, а при температуре выше 600⁰С – до Na₂O, N₂ и O₂. При более высоких температурах или в присутствии сильных восстановителей разложение может сопровождаться образованием атомарного натрия. Коэффициент Демидова в первом случае равен 5,32, во втором – 2,13, в третьем – 1,81. Соответственно теплота разложения составляет: -107,33, -258,86 и -466,91 кДж/моль; теплота, затрачиваемая для выделения 1 моля кислорода: -107,33, -103,52 и -155,64 кДж.