9世纪初中国人发明了黑火药。
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。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、震天雷等火器,后来又出现了铜铁火炮等管形火器。
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+K2SO3+3K2S3+14CO2+10CO+10N2
生产方法:黑火药的制造工艺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。
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。
缺点:黑火药做为唯一的火药和炸药在世界范围内使用了1000多年。常见的黑火药为黑色药粉或颗粒,容易吸湿,撞击和摩擦感度大,用强起爆药起爆或在密闭容器内燃烧也会发生爆轰,因此在使用时必须注意防潮和安全。由于其威力小,残渣多,烟雾大,自无烟火药出现以后,已不再用做一般枪炮弹丸的发射药了。
1771年由英国的P·沃尔夫首先合成苦味酸。
苦味酸是一种黄色结晶体,最初是作为黄色染料使用,苦味酸是一种猛炸药,在19世纪末使用非常广泛。
1779年英国化学家E·霍华德发明雷汞。
雷汞是一种起爆药,它用于配制火帽击发药和针刺药,也可用于装填爆破用的雷管。
1838年T·J·佩卢兹首先发现棉花浸于硝酸后可爆炸,发明硝化棉。
1845年德国化学家C·F·舍恩拜因将棉花浸于硝酸和硫酸混合液中,洗掉多余的酸液,发明出硝化纤维。
1846年意大利化学家索勃莱洛发明硝化甘油(烈性炸药)。
硝化甘油,是将防水的甘油,渗透到浓缩硝酸和浓缩硫酸的冷混合体中制成,即把半份甘油滴入一份硝酸和两份浓硫酸混合液中而首次制得,分子式为C3H5O3(NO2)3。硝化甘油是一种烈性液体炸药,轻微震动即会称列爆炸,危险性大,不宜生产。
1855年在圣彼得堡时,两名俄国科学家,即阿尔弗里德·诺贝尔早先的化学教师尼古拉·津宁教授和药物学教授尤里·特拉普,都曾提醒伊曼纽尔·诺贝尔和阿尔弗里德·诺贝尔,去注意那种异常猛烈的炸药物质——硝化甘油,说它可能成为引爆雷的材料。
1859年后瑞典的阿尔弗里德·诺贝尔和他的父亲及弟弟共同研究硝化甘油的安全生产方法。
1860年普鲁士军队的少校E·郐尔茨用硝化纤维制成枪、炮弹的发射药。
1862年伊曼纽尔·诺贝尔通过将百分之十的硝化甘油加到黑色炸药里,造出一种“强化炸药”,使用点火装置,可以不时将它引爆。
1862年阿尔弗里德·诺贝尔发明“诺贝尔专利雷管”。
这种雷管的最初构造形式是:将流体的硝化甘油炸药,装在一个金属管或其它密封的筒状物里;其中放进一个装着普通火药的小木管;从小木管的盖子上,塞进一条导火线。硝化甘油炸药的点火,是由于小木管里火药的爆炸引起的。为了提高效能,发明者曾几次改动雷管的装置方法。一八六五年的最后改进办法是,他将原来的小木管换成一个装着起爆水银(Hg(CNO)2)的金属管。通过这种所谓爆炸管的发明,“原始点火原理”被应用到爆炸物技术方面,这是后来在这方面一切发展的基础,正是这个原理,使得有效利用硝化甘油,以及后来作为独立爆炸物的其它烈性炸药成为可能;也正是这个原理,为研究各种炸药的爆炸特性提供了方便。
1863年J·威尔勃兰德发明梯恩梯(TNT)。
梯恩梯的化学成份为三硝基甲苯,这是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,梯恩梯一直是综合性能最好的炸药,被称为“炸药之王”。
1866年阿尔弗里德·诺贝尔发明达纳炸药。
19世纪60年代,诺贝尔在法国继续进行炸药的研究。在一次事故中,他的弟弟被炸死。父亲受重伤。法国政府在陆地上进行试验。他只子租了一条驳船,在马拉伦湖上寻起了新的实验室。一次试验中,一只装有硝化甘油瓶破碎,流出的硝化甘油被瓶底下用来减少震动的惰性粉末硅土吸收。诺贝尔意外地发现,硝化甘油与硅土混合物不仅使炸药威力不减,而且生产、使用和搬运更加安全。后来,他用木桨代替了奎土,制成了新的烈性炸药──达纳炸药,“达纳”一词源于希腊文“威力”。
1866至1867年诺贝尔与其父研制成功了信号雷管和地雷。
1872年诺贝尔又在硝化甘油中加入硝化纤维,制得一种树胶样的胶质炸药──胶质达纳炸药,这是世界上第一种双基炸药。
1875年诺贝尔发明了三硝基甘油和硅藻土混合的安全烈性炸药。
1884年法国化学家、工程师P·维埃利最先发明无烟火药。
1845年由舍恩拜因发明的硝化纤维很不安定,曾多次发生火药库爆炸事故。维埃利将硝化纤维溶解在乙醚和乙醇里,加入适量安定剂,使之成为胶质,再压成片状,切条干燥硬化,便制成了第一种无烟火药。无烟火药燃烧后没有残渣,不发或只发少量烟雾,却可使发射弹丸的射程,弹道平直性和射击精度的诞生提供了弹药方面的条件。马克沁发明的重机枪,正是由于使用了无烟火药,才得以具备实用价值。
1885年法国用苦味酸填炮弹之后,苦味酸才在军事上得到应用。黄色炸药的名称便由此而来。
1887年诺贝尔用硝化甘油代替乙醚和乙醇,也制成了类似的无烟火药。他还将将硝酸铵加入达纳炸药,代替部分硝化甘油,制成更加安全而廉价的“特种达纳炸药”,又称“特强黄色火药”。
1899年德国人亨宁发明黑索今。在原子弹出现以前,它是威力最大的炸药,又被称为“旋风炸药”。在第二次世界大战之后,曾取代了梯恩梯的“炸药之王”的宝座。
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