Termitblandning ( termit - kemisk, teknisk ) (från annan grekisk θερμά - värme , värme) - en pulveriserad blandning av aluminium (mer sällan magnesium ) med oxider av olika metaller (vanligtvis järn ).
När den antänds brinner den intensivt med utsläpp av en stor mängd värme . Den har vanligtvis en förbränningstemperatur på 2300-2700 ° C, och vid användning av starkare oxidationsmedel, såsom nickel- , krom- eller volframoxider , är den mycket högre. Blandningen sätts i brand med en speciell säkring (en blandning av bariumperoxid , magnesium och natrium ). Det kvantitativa förhållandet mellan komponenterna i blandningen bestäms av det stökiometriska förhållandet. Den vanligaste järn-aluminiumtermiten: Fe 2 O 3 (vanligtvis rost) \u003d 75%; Al = 25 % (innehåller bränd glödskal eller rik järnmalm ). Tändningstemperaturen för sådan termit är cirka 1300 °C (primningsblandning 800 °C); det resulterande järnet och slaggen värms upp till 2400 °C. Ibland införs järnskärning , legeringstillsatser och flussmedel i sammansättningen av järntermit . Processen utförs i en magnesitdegel . Termiter finns för svetsning av telefon- och telegrafledningar, samt ledningar för kraftledningar . Inom militär teknik används termit som brandkompositioner. Vid tillverkning av ferrolegeringar kallas termit med tillsats av flussmedel laddning .
Teoretiskt kan termitblandningen bestå av olika metaller som kan fungera som bränsle och oxidationsmedel . Aluminium har blivit utbrett på grund av dess uppenbara fördelar:
Dessutom tenderar den låga densiteten hos aluminiumoxiden som bildas från reaktionen att lämna den flytande på den resulterande rena metallen. Detta är särskilt viktigt för att minska svetsföroreningar.
De vanligaste och mest tillgängliga oxidationsmedlen är järnoxider , som används i blandningar med olika metaller [1] :
Under laboratorieförhållanden kan även torris (fast koldioxid) fungera som oxidationsmedel [2] . Syrefria oxidanter - fluorpolymerer kan användas i brandsammansättningar , ett exempel är en blandning av magnesium + Teflon + Viton (MTV) .
Exempel på termitbrännande kompositioner [3] [4] :
Den vanligaste sammansättningen är järntermit. Järnoxid (III) eller järnoxid (II, III) används vanligtvis som oxidationsmedel. Den förra producerar mer värme. Den senare antänds lättare, troligen på grund av oxidens kristallstruktur. Tillsatsen av koppar- eller manganoxider kan avsevärt förbättra lättheten vid antändning. Densiteten av kokta termiter är ofta så låg som 0,7 g/cm3. Detta resulterar i sin tur i en relativt låg energitäthet (ca 3 kJ/cm3), snabb förbränning och stänk av smält järn på grund av expansionen av instängd luft. Thermite kan pressas till en densitet av 4,9 g/cm3 (nästan 16 kJ/cm3) vid låga brinnhastigheter (ca 1 cm/s). Pressad termit har en högre smältförmåga, vilket innebär att den kan smälta stålkoppen där termiten med låg densitet skulle misslyckas. Järntermit, med eller utan tillsatser, kan pressas in i skäranordningar som har en värmebeständig kropp och munstycke. Syrebalanserad järntermit 2Al + Fe 2 O 3 har en teoretisk maximal densitet på 4,175 g/cm3, en adiabatisk förbränningstemperatur på 3135 K eller 2862 °C eller 5183 °F (med inkluderade fasövergångar begränsade av järn som kokar vid 3135 K) , aluminium smälts oxiden (kort) och järnet som produceras är mestadels flytande, en del av det är i gasform - 78,4 g järnånga bildas per 1 kg termit. Energiinnehållet är 945,4 cal/g (3 956 J/g). Energitätheten är 16 516 J/cm3.
I den ursprungliga blandningen i den form som den uppfanns användes järnoxid i form av kvarnskala. Kompositionen var mycket svår att tända
Koppartermit kan erhållas från koppar(I)oxid (Cu 2 O, röd) eller koppar(II)oxid (CuO, svart). Förbränningshastigheten är vanligtvis mycket snabb och smältpunkten för koppar är relativt låg, så reaktionen producerar en betydande mängd smält koppar på mycket kort tid. Reaktionerna hos koppar(II)termiter kan vara så snabba att de kan ses som ett slags snabbpulver. En explosion kan uppstå, som ett resultat av att stänk av koppardroppar kommer att spridas över avsevärda avstånd. Den syrebalanserade blandningen har en teoretisk maximal densitet på 5,109 g/cm3, en adiabatisk flamtemperatur på 2843 K (inklusive fasövergångar) med aluminiumoxid i smält tillstånd och koppar i både flytande och gasform; För 1 kg av denna termit bildas 343 g kopparånga. Energiinnehållet är 974 cal/g.
Koppar(I)termit används inom industrin, till exempel vid svetsning av tjocka kopparledare (handsvetsning). Denna typ av svetsning utvärderas också för skarvning av kablar i den amerikanska flottan för användning i högströmssystem såsom elektrisk framdrivning. Den syrebalanserade blandningen har en teoretisk maximal densitet på 5,280 g/cm3, en adiabatisk flamtemperatur på 2843 K (inklusive fasövergångar) med smält aluminiumoxid och koppar i både flytande och gasform; För 1 kg av denna termit bildas 77,6 g kopparånga. Energivärde 575,5 cal/g
Termitkompositionen är termit berikad med ett saltbaserat oxidationsmedel (vanligtvis nitrater, t.ex. bariumnitrat-Ba(NO 3 ) 2 eller peroxider ). Till skillnad från termiter brinner termater med utsläpp av lågor och gaser. Närvaron av ett oxidationsmedel underlättar antändningen av blandningen och förbättrar penetrationen av den brinnande kompositionen i målet, eftersom den frigjorda gasen stöter ut den smälta slaggen och ger mekanisk blandning. Denna mekanism gör termit mer lämplig än termit för brandändamål och för nödförstörelse av känslig utrustning (som kryptografiska enheter), eftersom termitens effekt är mer lokaliserad.
Metaller under rätt förhållanden brinner precis som ved eller bensin. (Faktum är att rost är resultatet av oxidation av stål eller järn i mycket låg hastighet.) Termitreaktionen uppstår när de rätta blandningarna av metalliska bränslen kombineras och antänds. Själva tändningen kräver extremt höga temperaturer. [Citat behövs]
Antändning av termitreaktionen kräver vanligtvis ett tomtebloss eller lättillgänglig magnesiumtejp, men kan kräva långvarig ansträngning eftersom antändning kan vara opålitlig och oförutsägbar. Dessa temperaturer kan inte uppnås med konventionella svartkrutständer, nitrocellulosastavar, detonatorer, pyrotekniska initiatorer eller andra vanliga tändare. Även när termit är tillräckligt varmt för att lysa klart rött, antänds det inte, eftersom det måste vara vitt varmt för att initiera reaktionen.
Ofta används remsor av metalliskt magnesium som säkringar. Eftersom metaller brinner utan att släppa ut köldmediegaser, kan de potentiellt brinna vid mycket höga temperaturer. Reaktiva metaller som magnesium kan lätt nå temperaturer som är tillräckligt höga för att antända termiter. Magnesiumtändning är fortfarande populär bland termithobbyister, främst för att den är lätt att få tag på, men en bit av den brinnande remsan kan falla in i blandningen, vilket gör att den antänds i förtid.
Reaktionen mellan kaliumpermanganat och glycerol eller etylenglykol används som ett alternativ till magnesiummetoden. När dessa två ämnen blandas börjar en spontan reaktion, där temperaturen på blandningen långsamt stiger tills en låga bildas. Värmen som frigörs under oxidationen av glycerol är tillräcklig för att initiera en termitreaktion.
Förutom magnesiumtändning föredrar vissa hobbyister också att använda tomtebloss för att antända termitblandningen. De når den önskade temperaturen och ger tillräckligt med tid innan brännpunkten når provet. Detta kan vara en farlig metod, eftersom järngnistor, som magnesiumremsor, brinner i tusentals grader och kan antända termit trots att tomteblossen själv inte kommer i kontakt med den. Detta är särskilt farligt med finmalen termit.
Tändstickshuvuden brinner tillräckligt varmt för att antända termit. Det är möjligt att använda tändstickshuvuden inslagna i aluminiumfolie och en tillräckligt lång duktil/elektrisk tändsticka som leder till tändstickshuvudena.
På liknande sätt kan fint dispergerad termit antändas med en tändstenständare, eftersom gnistor är en brinnande metall (i detta fall de mycket reaktiva sällsynta jordartsmetallerna lantan och cerium). Därför är det inte säkert att använda en tändare nära termit.
Termitreaktioner har många användningsområden. Det är inte ett sprängämne; istället fungerar det genom att utsätta ett mycket litet område för extremt höga temperaturer. Stark värme fokuserad på en liten punkt kan användas för att skära igenom metall eller svetsa samman metallkomponenter, antingen genom att smälta metallen från komponenterna eller genom att injicera smält metall från själva termitreaktionen.
Thermite kan användas för reparationer genom svetsning i stället för tjocka stålprofiler som lokomotivaxelramar där reparationer kan göras utan att ta bort delen från installationsplatsen.
Thermite kan användas för att snabbt skära eller svetsa stål, såsom järnvägsspår, utan behov av komplex eller tung utrustning. Defekter som slagginneslutningar och tomrum (hål) finns dock ofta i sådana svetsfogar, så stor noggrannhet krävs för att framgångsrikt genomföra processen. Den numeriska analysen av termitsvetsning av skenor användes på samma sätt som analysen av kylningen av ett gjutgods. Både finita elementanalys och experimentell analys av termiträlssvetsar har visat att svetsgapet är den viktigaste parametern som påverkar bildandet av defekter. Att öka svetsgapet har visat sig minska krympningshåligheter och överlappssvetsdefekter, och ökad förvärmning och termittemperatur har ytterligare minskat dessa defekter. Minskningen av dessa defekter bidrar dock till uppkomsten av den andra formen av defekten: mikroporositet. Man måste också se till att rälsen förblir rak utan att orsaka förvrängning som kan orsaka slitage vid höga hastigheter och i tunga axellastlinjer.
Termitreaktionen, när den används för att rena malmer av vissa metaller, kallas termitprocessen eller aluminiumtermisk reaktion. Anpassningen av reaktionen som används för att producera rent uran utvecklades av Manhattan Project vid Ames Laboratory under ledning av Frank Spedding. Det kallas ibland för Ames-processen.
Koppartermit används för att svetsa ihop tjocka koppartrådar för elektriska anslutningar. Det används ofta inom elkrafts- och telekommunikationsindustrin (exotermiska svetsfogar).
Handgranater och termitladdningar används vanligtvis av militären för att både motverka materiel och delvis förstöra utrustning; det senare är vanligt när det inte finns tid för säkrare eller noggrannare metoder. Termit kan till exempel användas för nödförstörelse av kryptografisk utrustning när det finns risk för att den kan fångas av fientliga trupper. Eftersom standard järntermit är svår att antända, brinner med liten eller ingen låga och har kort räckvidd, används standardtermit sällan ensamt som en brandsammansättning. I allmänhet ökar en ökning av volymen av gasformiga reaktionsprodukter i en termitblandning hastigheten för värmeöverföring (och därför skada) av den speciella termitblandningen. Det används vanligtvis med andra ingredienser som förstärker dess brandeffekt. Thermite-TH3 är en blandning av termit och pyrotekniska tillsatser som överträffar standardtermit i brandtillämpningar. Dess viktsammansättning är typiskt omkring 68,7 % termit, 29,0 % bariumnitrat, 2,0 % svavel och 0,3 % bindemedel (såsom PBAN). Tillsats av bariumnitrat till termit ökar dess termiska effekt, ger en större låga och sänker antändningstemperaturen avsevärt. Även om det primära syftet med Thermat-TH3 i militären är som ett anti-materiel brandvapen, kan det också användas för att svetsa metallkomponenter.
Den klassiska militära användningen av termiter är att göra artilleripjäser oanvändbara, och de har använts för detta ändamål sedan andra världskriget, till exempel vid Pointe du Hoc, Normandie. Thermite kan permanent inaktivera artilleripjäser utan användning av sprängladdningar, så thermite kan användas när tystnad behövs för en operation. Detta kan göras genom att föra in en eller flera termitgranater i slutstycket och sedan snabbt stänga det; detta svetsar bulten och gör det omöjligt att ladda pistolen. Alternativt skadar en termitgranat som appliceras inuti pipan på en pistol pipan, vilket gör pistolen farlig att avfyra. Thermite kan också svetsa pistolens riktnings- och höjningsmekanism, vilket gör det svårt att sikta ordentligt.
Under andra världskriget använde både tyska och allierade brandbomber termitblandningar. Brandbomber bestod vanligtvis av dussintals tunna termitfyllda kapslar (bomber) som antändes med en magnesiumsäkring. Brandbomber orsakade enorma skador på många städer på grund av bränder orsakade av termit. Särskilt utsatta är städerna som huvudsakligen bestod av träbyggnader. Dessa brandbomber användes huvudsakligen under nattliga flyganfall. Bombsikten kunde inte användas på natten, vilket skapade behovet av ammunition som kunde förstöra mål utan behov av exakt placering.
Användningen av termiter är farlig på grund av de extremt höga temperaturerna och den extrema svårigheten att undertrycka reaktionen när den väl har börjat. De små strömmarna av smält järn som frigörs från reaktionen kan färdas avsevärda avstånd och kan smälta genom metallbehållare och antända deras innehåll. Dessutom kan brandfarliga metaller med relativt låga kokpunkter, såsom zink (med en kokpunkt på 907 °C, cirka 1370 °C under temperaturen vid vilken termit brinner) potentiellt kraftigt spraya överhettad kokande metall i luften om det är nästa till termiten.
Om termiten av någon anledning är förorenad med organiskt material, hydratiserade oxider och andra föreningar som kan frigöra gaser vid upphettning eller reagera med termitkomponenter, kan reaktionsprodukterna sprutas. Dessutom, om termitblandningen innehåller tillräckligt med lufthåligheter och brinner tillräckligt snabbt, kan den överhettade luften också få blandningen att stänka. Av denna anledning är det föredraget att använda relativt orena pulver så att reaktionshastigheten är måttlig och heta gaser kan lämna reaktionszonen.
Att förvärma termiten före antändning kan lätt ske av misstag, till exempel genom att hälla en ny termithög på en het, nyligen antänd termitslagghög. Vid antändning kan förvärmd termit brinna nästan omedelbart, frigöra ljus och värmeenergi i mycket högre hastighet än normalt och orsaka brännskador och ögonskador på ett rimligt säkert avstånd.
Termitreaktion kan inträffa oavsiktligt i industrianläggningar där arbetare använder slipande och skärande hjul för att arbeta på järnmetaller. Vid användning av aluminium i denna situation bildas en blandning av oxider som kan explodera våldsamt.
Att blanda vatten med termit eller hälla vatten över en brinnande termit kan orsaka en ångexplosion som skickar heta fragment som flyger i alla riktningar.
Thermits huvudingredienser användes också, för sina individuella egenskaper, i synnerhet reflektivitet och värmeisolering, i lacken eller tillsatsen för den tyska Hindenburg Zeppelin, vilket kan ha bidragit till dess eldiga förstörelse. Detta var en teori som lades fram av den tidigare NASA-forskaren Addison Bain och sedan testades i liten skala av den vetenskapliga dokusåpan MythBusters med halvövertygande resultat (det har visat sig att det inte enbart är termitreaktionens fel, utan snarare har det föreslagits att det är en kombination av detta och förbränning av vätgas, som fyller kroppen av Hindenburg). MythBusters-programmet verifierade också giltigheten av en video som hittats på nätet där ett antal termiter i en metallhink antändes på toppen av flera isblock och orsakade en plötslig explosion. De kunde bekräfta resultaten genom att hitta enorma isblock på ett avstånd av 50 m från explosionsplatsen. Medvärden Jamie Hyneman föreslog att detta berodde på aerosolbildningen av termitblandningen, möjligen i ett moln av ånga, vilket fick den att brinna ännu snabbare. Hyneman uttryckte också skepsis mot en annan teori som förklarar detta fenomen: reaktionen splittrade vätet på något sätt och syre i isen och antände dem sedan. Denna förklaring hävdar att explosionen berodde på reaktionen mellan högtemperatursmält aluminium och vatten. Aluminium reagerar häftigt med vatten eller ånga vid höga temperaturer, frigör väte och oxiderar. Hastigheten för denna reaktion och antändningen av det resulterande vätet kan lätt förklara explosionen, bekräftas. Denna process liknar en explosiv reaktion som orsakas av att kaliummetall kommer in i vatten.
Termitbaserade brandblandningar är en blandning av aluminiumpulver (pulver) och järnoxid. Dessa föreningar har en mycket hög förbränningstemperatur på 2519 ° C. De kan brinna utan närvaro av syre, de kan inte släckas med vatten. Vissa typer av termiter brinner med nästan ingen låga, vissa med en anständig mängd eld. Thermite har en extremt stark brinnande effekt. Smält termit brinner lätt genom plåtar av duralumin, stål och järn. Vid denna temperatur spricker betong och tegel, glas smälter, stål brinner. Termit bildar en högtemperaturslagg som förbättrar dess förbränningsförmåga. Thermite kan orsaka brand i alla föremål, även om det inte finns några brandfarliga material. Det är nästan omöjligt att släcka den.
Det används vid tillverkning av ferrolegeringar (aluminiumtermi), brandprojektiler , termitsvetsning och andra områden där höga temperaturer krävs.
Romanen The Master's Banishment (1946) beskriver termitblandningen på följande sätt:
Har du någonsin hört talas om termit? Åh du! Här, lyssna. Jag ska förklara för dig. Termit har använts i industrin under lång tid. Detta är en pulverblandning av vissa metaller, som kan antända och utveckla en hög temperatur under förbränning - upp till tre och ett halvt tusen grader.
I Breaking Bad -serien använder Walter och Jesse termit för att bryta sig in i ett lager.
I TV-programmet " Galileo ", under rubriken "Experiment", var det ett problem med det namnet. Experimentets ledare visade tydligt konsekvenserna av att bränna termit och bristande efterlevnad av säkerhetsföreskrifter genom att bränna sin hand (kanske avsiktligt). Han förklarade också att det är omöjligt att bara sätta eld på termit (med en tändsticka eller en tändare).
I Payday 2 används termite för att bryta sig in i säkra föremål och kassaskåp.