9. Металлы и сплавы металлов
9.1. Основные физико-химические свойства металлов и продуктов их сгорания
Металлы и их сплавы в пиротехнических составах используются в качестве основного или дополнительного горючего. Основными физико-химическими свойствами металлов являются: плотность; температуры и теплоты плавления и кипения; температуры самовоспламенения в воздухе и атмосфере окислительных агентов; количество вещества, сгорающего за счет 1 г окислительного агента (кислорода, хлора, фтора, серы, углерода, фосфора, азота и т.д.); величина стехиометрического коэффициента; свойства образующихся продуктов сгорания (теплота образования, плотность, температуры и теплоты плавления и кипения). Как правило, продукты окисления и сгорания образуют на поверхности металла пленку, которая определяет дальнейшую возможность окисления и воспламенения частицы. Согласно правилу Пиллинга–Бедворса сплошность пленки и ее защитные свойства определяются отношением объема образующегося оксида к объему замещаемого им металла. Коэффициент β Пиллинга–Бедворса вычисляется по формуле
β =
,
где Мок, ρок – молекулярная масса и плотность оксида; АМе, ρМе – атомная масса и плотность металла; n – число атомов металла в оксиде.
Если
величина β < 1 (объем образующегося
оксида меньше объема замещаемого им
металла), то пленка оксида имеет рыхлую,
ячеистую структуру и не может надежно
защищать металл от
дальнейшего окисления. Такая пленка
образуется на щелочных и
щелочноземельных металлах. Если β
1, то пленка имеет компактную, сплошную
структуру. Она препятствует диффузии
реагирующих компонентов через нее
(металла и окислителя), защищая металл
от дальнейшего окисления, и характерна
для алюминия, кремния, бериллия.
Если β >> 1, то
в пленке могут возникать значительные
напряжения, приводящие к образованию
трещин и уменьшению ее защитных свойств.
Величина β позволяет лишь приближенно судить об устойчивости металла к кислороду, так как скорость процесса окисления существенно зависит и от структуры оксидной пленки, ее эластичности, адгезии к металлу, растворимости оксида в металле и т.д. Например, при умеренных температурах оксидная пленка на алюминии кристаллизуется, приобретая защитные свойства. При высоких температурах она может растрескаться или не успеть закристаллизоваться, ухудшая тем самым эти свойства. Приведем другой пример. Коэффициент β для титана равен 1,72, для циркония – 1,45. Исходя из значений, оба металла должны трудно окисляться. Однако образующаяся на частицах оксидная пленка растворяется в металле и ее защитные свойства уменьшаются.
По поведению при нагревании и горении бор и кремний, как правило, относят к группе металлов.
Основные физико-химические свойства металлов и металлоидов приведены в табл. 2.13, а сплавов металлов – в табл. 2.14.
Данные табл. 2.13 показывают, что плотность, температуры и теплоты плавления и кипения, коэффициент β, масса металла, сгорающего за счет единицы массы кислорода, и теплота сгорания у различных металлов отличаются весьма существенно. Большинство металлов и металлоидов сгорает с выделением менее 10000 кДж/кг горючего. Значительно больше тепла образуется при сгорании лития, бериллия, бора, магния, алюминия, кремния, кальция, титана, ванадия, хрома, циркония и ниобия.
Металлы отличаются также по температуре самовоспламенения в кислороде и воздухе (прил. 1).
Таблица 2.13 – Физико-химические свойства металлов и металлоидов
Вещество |
Атомная масса |
ρ, кг/м3 |
Температура, 0С |
Дж/ (мольК) |
Н0, кДж/ моль (для газа) |
ΔН, кДж/моль |
Оксид |
КД |
β |
Hu, кДж/ кг |
||
tпл |
tкип |
пла-вления |
испарения |
|||||||||
Литий |
6,94 |
53420 |
189 |
1350 |
24,6 |
155,3 |
4,2 |
– |
Li2О |
0,87 |
0,58 |
42925 |
Бериллий |
9,01 |
1850 |
1284 |
2970 |
16,4 |
321,1 |
14,7 |
309 |
BeО |
0,56 |
1,68 |
66371 |
Бор |
10,81 |
2340 |
2075 |
3700 |
11,1 |
407,3 |
23,0 |
530 |
B2О3 |
0,45 |
4,00 |
58002 |
Натрий |
22,99 |
968 |
98 |
883 |
28,2 |
107,7 |
2,6 |
86,4 |
Na2О |
2,87 |
0,55 |
9047 |
Магний |
24,30 |
1740 |
651 |
1107 |
23,9 |
150,4 |
9,2 |
132 |
MgО |
1,52 |
0,81 |
24749 |
Алюминий |
26,98 |
2700 |
660 |
2450 |
24,3 |
– |
10,8 |
293 |
Al2О3 |
1,12 |
1,45 |
31060 |
Кремний |
28,08 |
2330 |
1420 |
3249 |
20,0 |
368,9 |
49,8 |
356 |
SiО2 |
0,88 |
1,83 |
32439 |
Калий |
39,10 |
86220 |
64 |
776 |
32,7 |
89,2 |
2,4 |
79 |
K2О |
4,89 |
0,45 |
4632 |
Кальций |
40,09 |
1540 |
850 |
1480 |
26,3 |
192,9 |
9,2 |
154 |
CaО |
2,51 |
0,64 |
15856 |
Титан |
47,87 |
4505 () |
1668 |
3330 |
25,1 |
469,3 |
15,5 |
410 |
TiО2 |
1,50 |
1,73 |
19595 |
Ванадий |
50,94 |
5960 |
1890 |
3380 |
24,9 |
502,8 |
23,0 |
445 |
V2О5 |
1,27 |
3,19 |
15234 |
Хром |
52,00 |
7190 |
1890 |
2680 |
23,4 |
– |
21,0 |
338 |
Cr2О3 |
2,17 |
2,02 |
10967 |
Марганец |
54,94 |
7440 |
1245 |
2080 |
26,3 |
286,3 |
12,1 |
227 |
Mn2О3 |
2,29 |
1,79 |
8716 |
Железо |
55,85 |
7874 |
1539 |
2870 |
25,0 |
405,1 |
13,8 |
350 |
Fe2О3 |
2,33 |
2,06 |
7361 |
Кобальт |
58,93 |
8840 |
1495 |
2870 |
24,8 |
– |
15,5 |
326 |
Co3О4 |
2,78 |
1,98 |
4972 |
Никель |
58,69 |
8910 |
1454 |
2900 |
26,1 |
– |
17,5 |
370 |
NiО |
3,67 |
1,52 |
4084 |
Медь |
63,55 |
8960 |
1083 |
2543 |
24,4 |
341,6 |
13,0 |
302 |
CuО |
3,97 |
1,72 |
2550 |
Цинк |
65,39 |
7133 |
420 |
907 |
25,4 |
130,7 |
7,2 |
115 |
ZnО |
4,09 |
1,55 |
5360 |
Германий |
74,00 |
5323 |
937 |
2850 |
23,4 |
– |
37,0 |
– |
GeО2 |
4,63 |
1,22 |
7838 |
Мышьяк (серый) |
74,92 |
5720 |
817 |
615 (возг.) |
24,7 |
– |
22,0 |
32 (возг.) |
As2О5 |
1,87 |
2,15 |
6145 |
,Окончание табл. 2.13
Вещество |
Атомная масса |
ρ, кг/м3 |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
Н0, кДж/ моль (для газа) |
ΔН, кДж/моль |
Оксид |
КД |
β |
Hu, кДж/ кг |
||
tпл |
tкип |
пла-вления |
испарения |
|||||||||
Рубидий |
85,47 |
1532 |
39 |
705 |
30,8 |
– |
2,2 |
75,8 |
Rb2О2 |
5,34 |
0,50 |
2644 |
Стронций |
87,62 |
2630 () |
770 |
1380 |
27,2 |
– |
9,2 |
141 |
SrО |
5,48 |
0,66 |
6738 |
Цирконий |
91,22 |
6450 |
1855 |
4340 |
25,4 |
538,8 |
14,6 |
558 |
ZrО2 |
2,85 |
1,45 |
12063 |
Ниобий |
92,91 |
8570 |
2470 |
4760 |
24,6 |
773,1 |
28,0 |
662 |
Nb2О5 |
2,32 |
2,68 |
10209 |
Молибден |
95,94 |
10220 |
2620 |
4630 |
24,1 |
651,0 |
36,4 |
582 |
MoО2 |
3,00 |
2,11 |
6140 |
Палладий |
106,11 |
12020 |
1554 |
2940 |
25,9 |
– |
17,0 |
353 |
PdО |
6,63 |
1,66 |
– |
Серебро |
107,87 |
10500 |
961 |
2167 |
25,4 |
– |
11,3 |
252 |
– |
– |
– |
– |
Кадмий |
112,41 |
8650 |
321 |
766,5 |
26,0 |
– |
6,2 |
100 |
CdО |
7,07 |
1,21 |
2313 |
Олово () |
118,71 |
7290 |
232 |
2620 |
26,0 |
301,7 |
7,2 |
296 |
SnО2 |
3,71 |
1,33 |
4893 |
Сурьма |
121,76 |
6684 |
631 |
1635 |
25,2 |
– |
20,1 |
124 |
Sb2О3 |
5,07 |
1,54 |
2910 |
Теллур |
127,60 |
6250 |
450 |
990 |
25,8 |
– |
17,5 |
51 |
TeО2 |
3,99 |
1,33 |
2524 |
Цезий |
132,91 |
190020 |
29 |
690 |
32,0 |
– |
2,1 |
68 |
CsО2 |
4,15 |
0,54 |
1195 |
Барий |
137,34 |
3760 |
710 |
1640 |
28,7 |
– |
8,7 |
151 |
BaО |
8,58 |
0,73 |
3991 |
Гафний |
178,46 |
13310 |
2220 |
4602 |
25,7 |
– |
21,0 |
569 |
HfО2 |
5,58 |
1,62 |
6251 |
Тантал |
180,95 |
16600 |
3015 |
5500 |
25,4 |
776,2 |
34,7 |
745 |
Ta2О5 |
4,51 |
3,30 |
5656 |
Вольфрам |
183,84 |
19320 |
3420 |
5680 |
24,3 |
844,7 |
61,5 |
769 |
WО3 |
3,83 |
3,40 |
4884 |
Рений |
186,21 |
2104 |
3190 |
5625 |
25,5 |
– |
33,5 |
715 |
Re2О7 |
3,50 |
0,34 |
3115 |
Платина |
195,08 |
21450 |
1769 |
3800 |
25,9 |
– |
19,7 |
510 |
PtО2 |
6,10 |
2,45 |
– |
Таллий |
204,40 |
11850 |
303 |
1475 |
26,3 |
– |
4, 3 |
162 |
Tl2О3 |
8,52 |
1,32 |
955 |
Свинец |
207,30 |
11336 |
328 |
1745 |
26,4 |
– |
4,8 |
178 |
PbО |
12,96 |
1,28 |
1058 |
Висмут |
208,98 |
9800 |
271 |
1552 |
26,0 |
– |
11,1 |
177 |
Bi2О3 |
8,71 |
1,23 |
1365 |
Торий |
232,10 |
11700 |
1750 |
4000 |
27,3 |
– |
16,1 |
– |
ThО2 |
7,25 |
1,37 |
5285 |
Таблица 2.14 – Основные свойства сплавов металлов
Сплав |
ρ, кг/м3 |
Температура, 0С |
КД |
Hu |
|||||
tпл |
tкип |
tсам |
кДж/кгг |
кДж/лг |
кДж/кгО2 |
||||
в кислороде |
в воздухе |
||||||||
Алюминия с магнием (48:52) |
2150 |
463 |
1150 (разл.) |
600- 800 |
650-800 |
1,31 |
27872 |
59882 |
35615 |
Магния с кремнием (68:32) |
2040 |
1100 |
– |
– |
490-550 |
1,23 |
26875 |
54825 |
– |
Железа с кремнием (25:75) |
3270 |
1300 |
разл. |
1000 |
– |
1,23 |
23883 |
83800 |
29330 |
Кремния с кальцием (70:30) |
2020 |
1030 |
разл. |
700 |
– |
1,35 |
26523 |
53213 |
29749 |
Более низкую температуру самовоспламенения имеют порошки лития, титана, циркония, магния и цинка. Температура самовоспламенения металлов в значительной степени зависит не только от их природы, но также от размера частиц и того, нагревается одна частица или их соввокупность. Например, компактное железо не воспламеняется даже после плавления, в то время как порошкообразное может обладать пирофорными свойствами, т.е. самовоспламеняться в воздухе при обычной температуре.
С выделением тепла порошки металлов могут взаимодействовать не только с кислородом, но и галогенами, образуя фториды, хлориды, бромиды и иодиды; водородом и азотом, образуя гидриды и нитриды; металлоидами, образуя бориды, карбиды, силициды, фосфиды, сульфиды и т.д.; другими металлами, образуя интерметаллические соединения, а также с соединениями, содержащими кислород, хлор, фтор, азот, серу, углерод, фосфор, имеющими небольшую теплоту образования. Свойства продуктов взаимодействия металлов и металлоидов с кислородом, фтором, хлором, бромом, серой, азотом и водородом приведены в табл. 2.15 и прил. 2, а теплоты образования соединений кремния и алюминия с металлами и металлоидами – в прил. 3. В трех последних графах табл. 2.15 представлены данные по количеству выделенного тепла с различными окислительными агентами из расчета на 1 кг горючего, окислителя или их смеси.
Независимо от природы горючего, количество выделяемого тепла при его окислении фтором значительно больше, чем при окислении кислородом, хлором и другими окислительными агентами.
По расходу окислителя на окисление 1 кг горючего окислительные агенты располагаются в следующий ряд: Cl > F > O2. Поэтому теплота сгорания, отнесенная к единице массы окислителя, максимальна при использовании в качестве окислителя кислорода и минимальна при использовании хлора.
Таблица 2.15 – Свойства продуктов взаимодействия металлов с окислителями
Продукт |
ρ, кг/м3 (г/л) |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
–Н0, кДж/ моль |
Н, кДж/моль |
Расход окисли- теля, кг/кг |
Hu, кДж/кг |
||||
tпл |
tкип |
плав- ления |
испа- рения |
горю- чего |
окис- лителя |
смеси |
|||||
BeO |
3010 |
2530 |
4210 |
25,5 |
598,0 |
71,0 |
– |
1,8 |
66371 |
37375 |
23910 |
BeF2 |
1990 |
797 |
1159 |
59,0 |
1010,0 |
– |
200,0 |
4,2 |
112100 |
26579 |
21485 |
BeCl2 |
1900 |
440 |
520 |
71,1 |
494,0 |
16,0 |
109,0 |
7,9 |
54828 |
6968 |
6182 |
BeBr2 |
3460 |
488 |
480 (возг.) |
69,0 |
330,0 |
18,0 |
98,0 |
17,8 |
36626 |
2065 |
1955 |
BeS |
2360 |
– |
– |
34,0 |
235,0 |
– |
– |
3,6 |
26082 |
7330 |
5722 |
Be3N2 |
– |
2200 |
– |
64,6 |
588,0 |
109,0 |
– |
1,0 |
18131 |
21000 |
10685 |
Be2C |
1900 |
2100 (разл.) |
– |
43,2 |
115,2 |
– |
– |
0,7 |
5328 |
9600 |
3837 |
BeH2 |
– |
125 (разл.) |
– |
30,1 |
19,0 |
– |
– |
– |
1758 |
8000 |
1483 |
B2O3 |
1844 |
290 |
2100 |
62,8 |
1254,0 |
– |
366,0 |
2,2 |
58002 |
26125 |
18012 |
BF3 |
(2,9920) |
-128 |
-100 |
50,5 |
1137,0 |
4,6 |
17,1 |
5,3 |
105083 |
19947 |
16767 |
BCl3 |
(1,430) |
-107 |
12,5 |
106,7 |
427,1 |
6,8 |
23,9 |
9,8 |
39473 |
4016 |
3645 |
B2S3 |
1550 |
310 |
– |
– |
245,4 |
– |
– |
4,4 |
11352 |
2551 |
2083 |
BN |
2340 |
3000*
|
2500 (разл.) |
19,7 |
252,6 |
– |
– |
1,3 |
23367 |
18043 |
10181 |
B4C |
2520 |
2350 |
3500 |
52,8 |
39,0 |
– |
– |
0,8 |
902 |
3250 |
706 |
B4H10 |
560-35 |
-121,0 |
18,0 |
– |
-68,0 |
– |
25,5 |
– |
– |
– |
– |
B5H9 |
660 |
-48,8 |
60 |
151,1 |
-45,0 |
– |
28,9 |
– |
– |
– |
– |
B10H14 |
940 |
99,5 |
213 |
– |
-38,0 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
Продолжение табл. 2.15
Продукт |
ρ, кг/м3 (г/л) |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
–Н0, кДж/ моль |
Н, кДж/моль |
Расход окисли- теля, кг/кг |
Hu, кДж/кг |
||||
tпл |
tкип |
плав- ления |
испа- рения |
горю- чего |
окис- лителя |
смеси |
|||||
MgO |
3580 |
2800 |
3600 |
37,8 |
601,8 |
71,5 |
573,3 |
0,7 |
24749 |
37588 |
14923 |
MgF2 |
3130 |
1263 |
2250 |
61,6 |
1113,0 |
58,2 |
272,0 |
1,6 |
45802 |
29289 |
17865 |
MgCl2 |
2320 |
707 |
1412 |
71,1 |
641,1 |
39,7 |
137,0 |
2,9 |
26514 |
9087 |
6768 |
MgBr2 |
3720 |
711 |
1250 |
70,0 |
517,6 |
34,7 |
151,0 |
6,7 |
21605 |
3281 |
2853 |
MgS |
2840 |
2000 (разл.) |
– |
45,6 |
351,7 |
63,0 |
– |
1,3 |
14473 |
10970 |
6240 |
Mg3N2 |
2710 |
1500 (разл.) |
– |
104,5 |
461,1 |
101,5 |
– |
0,4 |
6325 |
16468 |
4570 |
Mg2C3 |
– |
– |
– |
– |
75,4 |
– |
– |
0,8 |
1551 |
2094 |
891 |
MgC2 |
– |
– |
– |
– |
87,0 |
– |
– |
1,0 |
3580 |
3625 |
1801 |
Mg3Sb2 |
4090 |
2115 |
– |
125,0 |
313,0 |
– |
– |
3,4 |
4294 |
1285 |
981 |
Mg3As2 |
3150 |
800 |
– |
– |
421,0 |
– |
– |
2,1 |
5775 |
2807 |
1889 |
Mg3Bi |
5950 |
821 |
– |
– |
154,0 |
36,0 |
– |
2,9 |
2112 |
737 |
546 |
Al2O3 |
3960 |
2050 |
3527 |
79,0 |
1676,0 |
113,0 |
485,6 |
0,9 |
31060 |
34917 |
16438 |
AlF3 |
3070 |
1040 |
1280 (возг.) |
75,1 |
1510,5 |
– |
272,0 (возг.) |
2,1 |
55944 |
26500 |
23600 |
AlCl3 |
2440 |
192,60,23 |
180 (возг.) |
91,0 |
704,2 |
35,3 |
108,8 (возг.) |
3,9 |
26110 |
6621 |
5281 |
Al2S3 |
2020 |
1100 |
1500 (возг.) |
82,7 |
587,0 |
– |
– |
1,8 |
10870 |
6103 |
3909 |
AlN |
3060 |
22000,4 |
2200 |
30,1 |
318,0 |
– |
– |
0,5 |
11778 |
22714 |
7756 |
Продолжение табл. 2.15
Продукт |
ρ, кг/м3 (г/л) |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
–Н0, кДж/ моль |
Н, кДж/моль |
Расход окисли- теля, кг/кг |
Hu, кДж/кг |
||||
tпл |
tкип |
плав- ления |
испа- рения |
горю- чего |
окис- лителя |
смеси |
|||||
Al4C3 |
2350 |
2200 |
– |
116,8 |
209,0 |
– |
– |
0,3 |
1937 |
5806 |
1452 |
AlH3 |
– |
105 (разл.) |
– |
40,2 |
11,4 |
– |
– |
– |
423 |
3800 |
380 |
SiO |
2130 |
1700 |
1880 |
– |
865,0 |
– |
– |
0,6 |
30805 |
54063 |
19623 |
SiO2 (кварц) |
26510 |
1610 |
2950 |
44,4 |
910,9 |
8,5 |
– |
1,1 |
32439 |
28466 |
15161 |
SiF4 |
(4,684) |
-86,80,22 |
-65,00,24 |
73,6 |
1614,9 |
9,4 |
15,40,65 |
2,7 |
57511 |
11389 |
9506 |
SiCl4 |
148020 |
-68,9 |
57,0 |
90,4 (газ), 145,3 (ж) |
657,5 (газ), 687,8 (ж) |
7,7 |
28,6 |
5,1 |
23415 |
4637 |
3870 |
SiBr4 |
2770 |
2830 (разл.) |
– |
– |
461,0 |
– |
35,0 |
11,4 |
16417 |
441 |
1324 |
SiS2 |
2035 |
1100 (возг.) |
– |
63,5 |
287,1 |
– |
– |
2,3 |
10224 |
4486 |
3121 |
Si3N4 |
3440 |
1900 (возг.) |
– |
99,9 |
750,0 |
– |
– |
1,3 |
8903 |
13393 |
5348 |
SiC (куб.) |
3220 |
2830 (разл.) |
– |
26,9 |
66,1 |
– |
– |
0,4 |
2557 |
5983 |
1791 |
SiH4 |
(1,44) |
-185 |
-111,9 |
42,9 |
34,7 |
0,7 |
12,4 |
– |
2214 |
15500 |
1938 |
Продолжение табл. 2.15
Продукт |
ρ, кг/м3 (г/л) |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
–Н0, кДж/ моль |
Н, кДж/моль |
Расход окисли- теля, кг/кг |
Hu, кДж/кг |
||||
tпл |
tкип |
плав- ления |
испа- рения |
горю- чего |
окис- лителя |
смеси |
|||||
TiO |
4930 |
1780 (разл.) |
– |
40,0 |
425,4 |
54,0 |
– |
0,3 |
8887 |
27588 |
6660 |
Ti2O3 |
4600 |
1830 |
– |
95,9 |
1518,0 |
110,5 |
– |
0,5 |
15855 |
31625 |
10561 |
TiO2 |
3800 (анатаз) |
1870 |
2900 (разл.) |
55,5 |
938,6 |
– |
– |
0,7 |
19553 |
29250 |
11719 |
TiF3 |
3400 |
1200 |
1400 |
– |
1434,3 |
– |
– |
1,2 |
29962 |
25163 |
13677 |
TiF4 |
280020 |
427*
|
256 (возг.) |
114,3 |
1649,3 |
– |
90,4 (возг.) |
1,6 |
34454 |
21701 |
13315 |
TiCl2 |
3130 |
1035 |
– |
69,8 |
516,0 |
37,7 |
– |
1,5 |
12868 |
7278 |
4345 |
TiCl3 |
2640 |
440 (разл.) |
– |
97,1 |
720,0 |
– |
– |
2,2 |
15041 |
6770 |
4669 |
TiCl4 |
172720 |
-24,1 |
136,3 |
145,2 |
804,2 (ж) |
10,0 |
35,7 |
3,0 |
16789 |
5671 |
4240 |
TiBr4 |
3240 |
38 |
231,0 |
131,5 |
619,2 |
12,9 |
44,4 |
6,7 |
12935 |
1935 |
1683 |
TiS |
4120 |
1930 |
– |
– |
269,0 |
– |
– |
0,7 |
5619 |
8406 |
3368 |
TiS2 |
3220 |
– |
– |
67,9 |
334,9 |
– |
– |
1,3 |
6996 |
5233 |
2994 |
TiN |
5430 |
2950 |
– |
37,1 |
323,0 |
– |
– |
0,3 |
6747 |
23071 |
5221 |
TiC |
4920 |
3140 |
4300 |
34,3 |
209,0 |
– |
– |
0,3 |
4366 |
17417 |
3491 |
TiH2 |
3760 |
400 (разл.) |
– |
30,1 |
127,5 |
– |
– |
– |
2663 |
63750 |
2557 |
TiP |
3950 |
1990 (разл.) |
– |
– |
282,8 |
– |
– |
0,7 |
5908 |
9123 |
3586 |
Окончание табл. 2.15
Продукт |
ρ, кг/м3 (г/л) |
Температура, 0С |
, Дж/ (мольК) |
–Н0, кДж/ моль |
Н, кДж/моль |
Расход окисли- теля, кг/кг |
Hu, кДж/кг |
||||
tпл |
tкип |
плав- ления |
испа- рения |
горю- чего |
окис- лителя |
смеси |
|||||
ZrO2 |
5680 (монокл.) |
2700 |
4300 |
56,2 |
1100,6 |
87,0 |
– |
0,4 |
12063 |
34388 |
8930 |
ZrF4 |
4430 |
9100,11 |
906 (возг.) |
103,6 |
1911,3 |
64,2 |
216,1 |
0,8 |
20953 |
25149 |
11430 |
ZrCl3 |
3000 |
– |
773 (возг.) |
98,0 |
701,2 |
– |
– |
1,2 |
7687 |
6593 |
3550 |
ZrCl4 |
2800 |
4371,99 |
333 (возг.) |
119,9 |
979,8 |
49,0 |
103,1 |
1,6 |
10741 |
6906 |
4205 |
ZrBr4 |
– |
450 |
355 (возг.) |
125,0 |
761,0 |
– |
108 (возг.) |
3,5 |
8363 |
2378 |
1852 |
ZrS2 |
3870 |
1550 |
– |
– |
586,6 |
– |
– |
– |
643 |
9166 |
3780 |
ZrN |
7090 |
2990 |
– |
40,4 |
371,5 |
– |
– |
0,2 |
4073 |
26536 |
3531 |
ZrC |
6710 |
3500 |
5100 |
37,9 |
206,7 |
– |
– |
0,1 |
2225 |
17225 |
1970 |
ZrH2 |
5740 |
– |
– |
31,0 |
169,2 |
– |
– |
– |
1855 |
84600 |
1815 |
Примечание: * – Под давлением.
Природа окислителя оказывает существенное влияние на свойства продуктов окисления. Наиболее высокие температуры плавления и кипения имеют оксиды, карбиды и нитриды, а более низкие – хлориды и фториды. Значительные температуры кипения и диссоциации оксидов, карбидов и нитридов металлов позволяют использовать алюминий, магний, титан, цирконий и их сплавы для создания пиротехнических составов, при сгорании которых должны развиваться высокие температуры. Хлориды многих металлов имеют низкие температуры плавления и кипения, что способствует их удалению с поверхности частиц и более полному сгоранию при относительно невысоких температурах. Порошки металлов в сочетании с хлорсодержащими веществами используют в так называемых металлохлоридных дымовых составах. Образующиеся хлориды металлов поглощают из атмосферы влагу, что приводит к увеличению массы аэрозольных частиц и повышению маскирующей способности аэрозоля.
Теплота образования многих сульфидов, боридов, нитридов и карбидов ниже, чем оксидов, фторидов и хлоридов. В то же время их образование может протекать в волне горения с разогревом образующихся продуктов до нескольких тысяч градусов. Высокая температура горения смесей металлов с этими окислителями определяется небольшой теплоемкостью, значительными температурами плавления и кипения образующихся продуктов.
Анализ многокомпонентных систем, содержащих одновременно различные вещества, способные взаимодействовать с металлами, показал, что состав их продуктов сгорания в значительной степени зависит от природы и содержания металлического горючего в смеси (прил. 4).
Приведенные выше данные относятся к теоретически возможным свойствам, но их реализация существенно зависит от дисперсности частиц, соотношения между компонентами и условий сгорания.