§ 5. Специальные требования к осветителным составам; двойные смеси

При сгорании весовой единицы состава должно выделяться максимальное количество световой энергии, причем желательно, чтобы основная часть ее выделялась в спектральной области, к которой наиболее чувствителен человеческий глаз.

Достаточное количество лучистой энергии получается только при сгорании пламенных составов, выделяющих не менее 1,5 ккал/г (6,3 кДж/г). Эта цифра служит критерием для проверки правильности подбора компонентов осветительного состава.

Числовое значение светового к.п.д. определяется многими факторами: излучательной способностью продуктов горения, спектральным составом излучения, размерами и оптическими свойствами пламени, скоростью горения составов и др.

Для получения наибольших значений светового к.п.д. следует путем подбора рецепта состава и конструкции изделия стремиться к тому, чтобы образующееся при горении составов пламя имело максимальную температуру, содержало в .себе достаточное количество твердых или жидких частичек, хорошо излучающих свет в накаленном состоянии, имело наибольшую поверхность излучения.

Отметим, что количество световой энергии, излучаемой пламенем iB единицу времени, определяется средней яркостью пламени в нитах (стильбах) и поверхностью 'излучения в м2 (см2).

Fлм=пB нит(cб) S м2 (ом2) *.

Все сказанное относится также и к мощности лучистого потока в спектральных пределах, более широких, чем область чувствительности человеческого глаза.

Одним из важнейших факторов, определяющих силу света, является температура пламени. Температура пламени, в свою очередь, тем выше, чем больше калорийность состава. Продукты горения должны быть устойчивыми при высоких температурах, с тем чтобы не затрачивалось большое количество тепла на их диссоциацию.

* Это справедливо лишь в первом приближении, так как свечение пламени является не плоскостным, а объемным; однако при достаточно больших размерах пламени и при большом коэффициенте поглощения собственного излучения пламена осветительных составов можно считать источниками поверхностного излучения, так как значительная часть излучения внутренних зон поглощается внешними слоями пламени.

Основой каждого состава является двойная смесь горючее — окислитель. Суммарное количество других компонентов в осветительных составах редко превышает 10—15%; поэтому качество состава в основном определяется выбором горючего и окислителя и установлением наивыгоднейшего соотношения между ними.

Выбор горючего. При рассмотрении горючих принима-ется во внимание не только количество тепла, выделяющееся при их сгорании, но и другие свойства как самого горючего, так и продуктов его окисления.

В качестве горючих для осветительных составов выбирают простые вещества (элементы), теплота образования 1 г оксида (Qa) которых составляет не менее 2,0 ккал (8,4 кДж).

Из табл. 3.1 видно, что к числу таких горючих относятся следующие вещества:

металлы Be, Mg, Al, Ca, Ti, Zr и неметаллы Н, С, В, Si; P.

При выборе горючего необходимо учитывать, что значительная часть продуктов их окисления должна плавиться при высокой температуре, не испаряться и не диссоциировать пр'и температуре горения, чтобы в пламени находилось значительное количество твердых и жидких .частиц.

Следовательно, продукты окисления горючего должны быть высокоплавятцимися и труднолетучимн веществами.

Водород, углерод и фосфор не удовлетворяют этому требованию и потому не могут быть применены в качестве основных горючих. Следует также заметить, что температура горения фосфора на воздухе не превышает 1500° С. Источники света, основанные на использовании горения органических веществ, 'имекп очень малую световую отдачу (не более 1 лм/Вт). Элементарный углерод при сгорании в кислороде дает световую отдачу всего 1,9 лм/Вт.

На практике едва ли могут быть использованы в качестве горючих в осветительных составах бериллий и цирконий. По количеству энергии, выделяющейся при сгорании, представляет интерес только бериллий.

Опыты по фотометрнрованию состава из 49% Zr и 51% Ва(МОз)2 .показали, что удельная светосумма для него получается равной Lo=7400 ев-с/г, т. е. даже еще меньшей, чем это можно было бы предполагать.

Бериллий в качестве горючего в осветительных составах тоже пока не дал положительных результатов.

Наибольшее количество тепла получается при сгорании в осветительных составах магния или алюминия. Оксиды этих металлов обладают, кроме того, хорошей излучательной способностью. Все это вместе взятое является достаточным основанием для применения в осветительных составах главным образом алюминия или магния, а также их сплавов или смесей.

Применение кальция или его сплавов ввиду их большой коррозионной способности не представляется возможным.

Применение сплавов, содержащих значительное количество бора или кремния, ло всей вероятности, не даст возможности получить составы с хорошими световыми показателями.

Световая отдача титана при сгорании его в кислороде получается несколько меньшей, чем .магния и алюминия, испытанных в тех же условиях. Количество тепла, выделяющееся при сгорании титана, также меньше, чем для магния или алюминия. Поэтому нет оснований ожидать хороших световых показателей от составов, изготовленных с применением титана или его сплавов.

Выбор окислителя. Целесообразно выбирать окислитель, на разложение которого требуется минимальное количество тепла.

Однако хотя хлораты совсем не требуют тепла на свое разложение, хлоратные составы обычно весьма чувствительны к механическим воздействиям и потому на практике в осветительных изделиях не используются.

В меньшей мере те же соображения относятся к окислителям — перхлоратам. Перхлорат 'бария — вещество чрезвычайно гигроскопичное — до сего времени в пиротехнике не используется.

В зарубежной литературе имеются указания на возможность применения в осветительных составах перхлората натрия NaC104. Действительно, составы с этим окислителем могут иметь высокие световые показатели. Однако NaC104 весьма гигроскопичен (гигроскопическая точка при 20° 69—73%), и изготовлять составы с его использованием возможно только в атмосфере с пониженной влажностью. В литературе приводится рецепт осветительного состава для факелов: NaC104—65%, Al—30%, смола—5%.

Наиболее часто в качестве окислителей для осветительных составов применяют нитраты.

Стехиометрические смеси нитратов с магнием или алюминием выделяют при своем сгорании от 1,5 до 2,0 ккал (от 6,3 до 8,4 кДж) на 1 г состава.

Из нитратов в осветительных составах чаще других применяют нитрат бария (соль негигроскопичная) и нитрат натрия (соль гигроскопичная); нитрат натрия имеет то преимущество, что при введении его в состав в пламени возникает интенсивное излучение в желтой части спектра.

Смеси горючих с сульфатами дают при сгорании несколько меньшее количество тепла, чем смеси с нитратами тех же металлов (см. таол. 11.6). Применение перекисей металлов в обычных осветительных составах не представляется целесообразным.

В качестве окислителей наиболее целесообразно применять соли металлов, имеющих малый атомный вес. Эти соли содержат большее количество кислорода, а изготовленные с их участием составы- содержат больший процент горючего и поэтому выделяют при сгорании большее количество тепла.

Таблица 11.6