5照明剂

5.1照明剂

照明剂是利用照明烟火药燃烧时能发出可见光这一光效应制成的，烟火学中的光与色，以光学及色度学为其理论基础。是一种产生光辐射效应的烟火药剂，照明剂在燃烧反应时将部分化学能转化为光能并产生强烈的可见光辐射，用于夜间照明。常用的照明剂有：钡盐（白光）照明剂和钠盐（黄光）照明剂两类。

5.2照明剂燃烧发光机理简述

氧化剂一般为硝酸钡、硝酸钠、硝酸钾等；可燃物为镁、铝、镁铝合金粉等；粘合剂选择清油、虫胶、酚醛树脂等；附加物常加石墨（降低感度）、氟硅（铝）酸钠（改善火焰光谱能量分布）、六次甲基四胺（扩展火焰面积）、氯化聚醚（延长燃烧时间）。

以硝酸钡和镁粉为二元配方的照明剂燃烧时，发生如下燃烧反应： Ba(NO3)2?Mg?C48H42O7?MgO?BaO?C?N2?H2O?CO2?CO

放出大量的热，并产生高温火焰，火焰中含有液滴、灼热固体颗粒和气态产物。高温下固、液体产物中的游离电子发生扰动，随温度条件不同处于不同的能级，跃迁回基态时便辐射出不同波长的光，此时是指热辐射或纯温度辐射，辐射体可视为灰题，产生连续光谱。

5.3对照明剂的特殊技术要求：

（1）单位质量照明剂应产生最大的光能。

（2）这是为了保证清晰的观察到各类目标，用单位质量光能来衡量他，并以此比较所设计的照明剂的合理性。 （3）辐射光谱适应人眼观察目标

（4）好的照明剂应该具有舒适感的光色和较好的显色性。人眼接受光能取决于辐射强度和光谱成分。对人眼而言，较高照度下舒适的光色是接近中午阳光或偏蓝的高色温天空光色。

（5）照明剂制品应具有适当的燃烧速度。夜间照明弹照明地形或观察目标其所需最小

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照明时间经测试为：500m处需要4.5秒；100m处需要6.1秒；1414m处需要10秒。实际战术使用照明时间均大这些数值，因此照明剂制品应具有适当的燃烧速度。

5.4照明剂的火焰特性

照明剂在燃烧时产生高温（2500℃-3000℃）火焰，火焰中含有氧化剂和可燃剂燃烧反应产生的液体、固体灼热微粒和气态产物，显然照明剂的火焰是由气相和凝聚相构成的。

照明剂火焰中的液体、固体微粒辐射属于热辐射（温度辐射），所以照明剂火焰温度遵循绝对黑体辐射定律，依据斯蒂芬—玻尔兹曼定律E=σT4 (总辐射能与温度的四次方成正比)可知，照明剂光出射度与温度的四次方成正比，故温度升高时照明剂辐射光能将迅速增加。

根据维恩位移定律Tλm=b (最大辐射能波长与温度成反比)温度过高时（如T=8000K）最大辐射能讲移至可见光谱外面（紫光），相对的可见光输出就减少了，这是对可见光照明是不利的。

火焰温度低于2000℃的照明剂，由于其光出射度较低，所以一般不宜使用。实际使用的照明剂火焰温度均在3000K左右，其辐射光谱分布接近黄光部分。

照明剂火焰辐射，除热辐射外尚存在有原子和分子的发光辐射，产生发光辐射的原因是由于高温的作用，激发了气体或蒸气中的原子或分子里面的电子能级的跃迁改变。

5.5影响照明荆发光性质的因素

影响照明剂发光性质的主要因素是照明剂燃烧温度、火焰中气-固-液占有量、辐射光谱分布、原材料粒度、燃速和附加物等。

（1）燃烧温度：照明剂的发光强度是随着燃烧温度升高而显著的增大。

（2）火焰中气-固-液占有量：没有气体生成则没有火焰出现。但是照明剂火焰内气体生成量大时，会加快火焰冷却，使发光强度降低。实验证明，照明剂火焰中气体占有量以占有照明剂质量的15%^25%为佳。照明剂火焰中，需要有大量的固、液微粒，它们的占有量增多，有利于发光强度提高。此外，火焰中固体微粒愈小时，愈有利于发光性能提高。

（3）辐射光谱分布：照明剂火焰的发光效率是由其辐射光谱分布决定的，在可见光以

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外辐射能量愈小其发光效率就愈高。发光的颜色是由光谱各部分辐射的相对强度而决定的。

（4）原材料粒度：组成照明剂各成分的颗粒愈小，比表面愈大，则燃速愈快，发光强度则高。

（5）燃速：一般情况下照明剂的发光强度随其燃速增大而增强，但二者并非存在线性关系。通常在一定范围内适当增加金属可燃剂可提高照明剂的燃速和发光强度，也可以通过添加缓燃剂来降低燃速和发光强度。

（6）附加物：在照明剂中适当加入某些附加物将改变照明剂的发光性能。例如，在钡盐照明剂中加入适量的氟硅酸钠和氯化聚醚，不仅可以改变光谱能量分布提高发光强度，还能增长燃烧时间。

5.6照明剂的配制原理

照明剂主要是由氧化剂和可燃剂组成的混合物，其它成分总含量一般不超过10%—15%。合理的选择氧化剂、可燃剂和其它成分，并确定最佳比例，将决定照明剂的性能。 5.6.1氧化剂的选择 照明剂氧化剂的选择原则是

（1）含氧量丰富，在较高温度下易于分解，分解热不大。只有这样的氧化剂配制出的照明剂才具有较大的热效应和稳定的燃烧性能。

（2）分解生成物应呈灼热的固体或液体微粒，并应能产生对人眼敏感的黄绿色光谱。 应当指出，在相同的装药条件下含NaNO3的钠盐照明剂较含Ba(NO3)2的钡盐照明剂发光强度高，燃烧时间长，照明效果好，但由于NaNO3易吸湿，在防潮密封问题未解决好之前，除非需求黄光照明外，白光仍优先选用Ba(NO3)2作氧化剂。 5.6.2可燃剂的选择

可燃剂是照明剂燃烧时产生照明效应的燃料，选择时必须注意一下两点： （1）具有尽可能高的燃烧热值;

（2）其燃烧生成物为高熔点和高沸点物质，以促使火焰中占有更多的固体或液体的灼

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热微粒。

5.6.3粘合剂的选择

照明剂中的粘合剂应选择哪些既起粘结作用又具燃烧特性的可燃物质。选择的原则是:

（1）保证照明星体有足够的机械强度; （2）生成热要小，燃烧热要大; （3）有较高的熔点;

（4）能改善药剂的化学安定性。 5.6.4附加物的选择

附加物应根据烟火特种效应的需要选择合适的添加剂。

5.7照明剂中各成分的确定：

照明剂中个成分含量的确定可以采用经验（实验）方法和理论计算的方式来确定。 照明剂一般都是由多组分组成的，而氧化剂和可燃剂仍然是其基础成分，在用计算方法确定多成分照明剂个成分含量时，可以将多成分视为有数个同一氧化剂的二元混合物所构成，照明剂燃烧时既可以利用氧化剂中的氧燃烧，又可以部分借用空气中的氧气进行燃烧。从而提高照明剂的有效装药载荷和提高发光效率考虑，希望药剂中的氧化剂含量尽可能少，可燃剂的含量尽可能多（部分可燃剂借用空气中的氧气进行燃烧反应）。照明剂的负氧差在一定范围内是随着负氧差的绝对值增大而发光强度增大，燃烧时间变长。基于这一点，各成分含量确定时配方设计以负氧平衡为原则，根据实践经验，通常氧差n取值为（-19至-27）gO2。

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