铝热反应与美国AN/M14燃烧弹




一说到燃烧弹这三个字,大家肯定想到这么四个字——莫洛托夫,但是现实生活中,你去做这个东西等于把一只脚迈入了监狱的大门。但是这个东西是通过布料吸收易燃易挥发性液体有机物,使其持续燃烧,当瓶子被摔裂时,可燃性液体流出,吸有可燃性有机物的布料与汽油浸在一起,因为在燃烧的过程中,液体温度升高,且到其燃点时,因为与空气接触,所以被点燃,这一过程是瞬间进行的,从而达到此效果,当然在此过程可以当看为是绝热过程,这就是其原理。(不喜勿喷)
但是这个美国AN/M14燃烧弹跟莫洛托夫相比,到底有什么不同之处,这个东西它是这么来的,这么发展的,这东西的历史如何,接着往下讲。
既然历史资料极少,那么就讲它的结构讲起,一下为结构图

我们先从它的起火引信讲起

这个烟火延迟点火引信设计用于与AN-M83HC白色烟雾弹,AN-M14 TH3燃烧榴弹和M18彩色烟雾弹一起使用。该引信可与任何标准起火装置,里面的延迟装置可以让这个粉末装起火剂延迟迟1.2-2秒被点燃。这个起火剂点燃了装药并且伴随剧烈的燃烧反应之后这个烟雾会从弹体中喷出。
不过,这个美国AN/M14燃烧弹与这个莫洛托夫相比不就多了个“打火机”吗,不过这个“打火机”只能用一次,当然手雷这种东西也是一次性,跟“铁拳”一样。
之后,就来讲讲它的装药Thermate-TH3。
先讲一下什么叫Thermate,Thermate是一种由以铝热剂为主体装药的混合燃烧剂,而Thermate-TH3就是其中之一。Thermate-TH3这个东西无疑是混合物,这个混合物是由68.7%铝热剂、29.0%的硝酸钡、和2%的硫磺、以及0.3%粘合剂(PBAN,由聚丁二烯—丙烯酸—丙烯腈(jīng)三元共聚物,也叫聚丁二烯丙烯腈)组成。
这里我们可以通过引入一些数据来解释这些装药组分的作用
这个燃烧弹的装药在燃烧时的温度短时间可以达到4000-5000华氏度(用华氏度与摄氏度的关系F=32+1.8C来算为2204-3204摄氏度),不过AN/M14燃烧弹燃烧时的温度达到2200摄氏度,维持时间为40秒,这个而且可以烧透均质钢(熔点1500摄氏度),甚至能在水下能持续燃烧30-45秒, 这个主要原因为就是铝热剂在高温下发生铝热反应产生大量的热产生高温。
铝热反应,这四个字在中学化学里,可谓是家喻户晓般的存在,在中学化学里头,就有怎么一个实验(见下图),这个实验的现象却如同美国歌手凯莉佩里所唱的<<firework>>一样美妙。

铝热剂能产热的原理是因为铝和金属氧化物(应该来说比铝活泼性低的金属所对应的氧化物)在高温下能发生铝热反应,同时产生高温氛围,从而产热,那么什么是铝热反应?铝热反应是指单质铝与金属氧化物之间的生成新的金属单质和氧化铝的反应,当然这个在铝热反应中,这个金属单质的活泼性应该比铝弱,因此只能选择活泼性比铝弱的金属的氧化物与铝反应,如果你选择氧化镁与铝,对不起,这个反应在常温常压下无法进行。
这里引入数据来简单说明一下氧化镁与铝常温下为什么不能发生



Thermate-TH3里还有一个重要的组分硝酸钡,那么硝酸钡在Thermate-TH3中到底起什么作用呢?其实这个硝酸钡就是起到助燃的作用,这么起作用,就要先了解一下硝酸钡的某些性质。
硝酸盐都有一个普遍的性质,热稳定性差,至于硝酸钡也一样有这个性质,但是通常的,M为金属元素,硝酸盐(Mx(NO₃)y)热分解的方程式类型这么几种情况(xy都为下标)
1、Mx(NO₃)y(M的活泼性小于镁(Mg)),它的分解产物为M的亚硝酸盐(Mx(NO₂)y)和氧气,(O₂)。
2、Mx(NO₃)y(M的活泼性大于铜(Cu),小于镁(Mg)),它的分解产物为M的氧化物(MxOy)和氧气(O₂)及二氧化氮(NO₂)。
3、Mx(NO₃)y (M的活泼性小于铜(Cu)),它的分解产物为M单质,氧气(O2)及二氧化氮(NO2)。
4、Mx(NO₂)y (M的正离子有还原性,比如铵根),它的分解情况就比较复杂了,这里就不说了。
但是硝酸钡中的钡的活泼性小于镁(Mg),所以对应的情况应该为情况一,所以硝酸钡的热分解产物中有亚硝酸钡和氧气,(O₂)。再说氧气是一种助燃剂,至于其助燃效果,请见带火星的木条实验。不过硝酸钡在这的作用与铝热反应实验中的氯酸钾有异曲同工之处,如果不理解,请见氧气的制取实验(氯酸钾与二氧化锰共热)。
还有这个硝酸钡会不会有焰色反应,有,焰色为绿色。至于为什么,这个原因比较的复杂就不说了。当然,这个铝热剂中含有镁粉(化学本质为单质镁),至于这个镁粉的作用,不就是作点燃物吗,这里就不在多说了。
总之,这个武器的原理就是,拔开安全销后,起火器开始工作,然后对装药进行加热,在Thermate-TH3装药加热过程中,硝酸钡的进行热分解生成亚硝酸钡和氧气,(O₂),并开始点燃铝热剂中的镁粉,此过程中产生大量的热从而,使得瓶内的温度升高,毕竟,任何物质都是有热容的,之后促使铝热剂中的铝粉和铁红(氧化铁)粉因为受热,发生剧烈的铝热反应,之后瓶内的温度再一次剧烈升高,从而达到高温而起火。
总结语,美国AN/M14燃烧弹,是燃烧弹里的豪杰,虽说它不能像“M1谢尔曼”一样能穿甲燃烧爆破瞬间完成,但是,它在便携式燃烧弹的历史上留下来光辉的一页。
资料来源:http://www.inetres.com/gp/military/infantry/grenade/hand.html
https://techlinkcenter.org/technologies/incendiary-grenade-with-higher-temperature-and-longer-burn-time/72425724-e727-43c1-b9af-0c7338cac6bb
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