爲什麼顆粒火藥的威力會比粉末火藥的威力大?

講科學堂


其次,真是要感嘆一下現在真是什麼人都敢不懂裝懂的回答問題了。

竟然說顆粒火藥的威力會比粉末火藥的威力大,是因為前者是無煙火藥,後者是黑火藥。

可見那篇所謂“中國人發明的是黑火藥,而歐洲槍炮使用的是現代火藥的”的垃圾文遺毒很深啊!

簡單說一下,1884年,法國化學家、工程師P·維埃利製成了世界上第一種無煙火藥,1888年瑞典人諾貝爾發明40%硝酸甘油和60%硝化纖維的Ballistie雙基發射藥,1889年英國人阿貝爾用丙酮、硝化甘油、高氮硝化纖維發明了Card型雙基發射藥。

於是,1890年代初,歐洲國家的軍用步槍彈基本上從大口徑黑火藥槍彈演變為較小口徑無煙火藥槍彈。而著名的毛瑟71/84式步槍和英國早期李恩菲步槍的0.303彈都是用黑火藥作為發射藥的。總之,一直到19世紀中後葉,全世界都是使用黑火藥來互相殺戮的。

那麼火藥顆粒化是什麼時候開始的呢?

我貼一段考古發現:

2000年春,內蒙古自治區首府呼和浩特市西南托克托縣出土了20餘枚中空球形明代鐵殼地雷。在地雷內發現殘留顆粒狀黑火藥,其形狀為均勻的米粒狀大小顆粒。經過研究,其天然粘結的可能性不大,應該是在製造過程中進行了“造粒”工序,而且經過對殘留火藥檢測。

在西方,歐洲人使用的粉末黑火藥被稱作serpentine。約在15世紀的前50年的某一時期,歐洲人發現如果把粉末火藥加入液體混合之後乾燥成餅狀,再破碎成顆粒,可以讓火藥的威力變得更加強大。這種粗糙的早期顆粒火藥被稱作碎粒黑火藥(crumbled powder)。最早的關於這種新技術的記載大約出現在1407年。

那麼顆粒化後的黑火藥和粉末黑火藥相比,到底發生了什麼變化呢?

明代人和中世紀的歐洲人並不懂得顆粒化的原理。他們只是發現如果膛內的火藥裝填的太緊,火藥就會因為缺乏氧氣而無法成功地燃燒;如果裝填的太鬆,又會減小火器的威力。在沒有掌握相關的化學和物理知識的情況下,人們在一次次的試驗和失誤中發展出了火藥顆粒化技術。

而黑火藥經過顆粒化之後,和粉末狀黑火藥相比流動性更好,裝填容易,同時還具有適當和確定的裝填密度,這樣既不會因為壓裝過實產生平行層燃燒,造成噴發,又不會因裝填過鬆而產生威力小或啞彈。引爆時火焰從火藥顆粒間的空隙穿過,可以將全部火藥同時點燃,爆炸威力因此增大,所以顆粒火藥的出現是火藥發展的一大進步。而這在中國明代和歐洲十五世紀初就出現了,真的不關無煙火藥什麼事情。


冷兵器研究所


首先火藥不是一種成分,就是最原始的黑火藥也是按照一定比例對硫磺、硝石和木炭進行配比的。現代的無煙火藥成分更加複雜,從早期的硝化棉一種物質變成了雙基、三基,裡面除了硝化棉和硝化甘油之外還加入大量的其他品種硝酸酯。


因為不同的物質性狀不同,密度不同,所以如果是多重成分做成了的粉末狀單純的混合,那麼在運輸儲存過程中因為搬運的振動和重力的作用,以及不同物質顆粒之間的微觀相互摩擦、吸附力統統不同,最後會出現分層情況。這顯然嚴重的干擾了不同物質間在被點燃後發生化學反應的接觸面積大小。


高中化學即告訴我們,化學反應的速度很大程度上受到反應物之間的接觸面積大小影響,接觸面積越大,那麼同一時間內反應速度越快,反應越徹底。這一點對於火藥這種燃燒後發生巨大氣體膨脹的混合物質來說尤其重要,分層造成反應物接觸面積過小,除了燃燒速度過慢之外,更重要的是放出的氣體和熱會使得原物質被吹散。這樣一來,許多有效成分還沒有來得及接觸,就被吹散了,並且再也不會有機會參與反應,換句話說被浪費了……


黑火藥在顆粒化過程中,主要是對硝酸鹽進行溶解然後加入攪拌均勻的木炭,硫磺粉末。硝酸鹽被溶解後,經過重結晶可以去除雜質變得不易潮解,木炭,硫磺粉末在添加之前也會被研磨的更加均勻,他們的糊狀混合物通過乾燥造粒過程使得這這種均勻就此被固定下來。想想看,硝酸鹽的溶液無孔不入之後被幹燥結晶顯然要比任何攪拌來的都均勻,木炭和硫磺的接觸面積要更大。


造粒之後,顆粒火藥中間會有較多縫隙,相比粉末狀的火藥,它與空氣的接觸面會更大。氧化速度同樣受到接觸面積影響,所以這種顆粒狀火藥的燃燒速度更快,燃燒更充分,那麼一定空間下,單位時間內釋放熱量的速度更快,熱量積聚更大。因此顆粒狀火藥在彈殼內的中燃燒瞬間積聚的能量會更大,那火器的威力、射程、精準度都會大大提升。這個道理類似於蜂窩煤好燒還是煤末子好燒一樣,或者一堆乾草刨花容易點燃還是一堆鋸末子容易點燃?


至於無煙火藥更是如此,只要追求燃燒速度的藥種,都會盡可能的把微型顆粒做成多孔裝的蜂窩式、蓮蓬式,為的就是更多的接觸空氣。少部分為了經濟性減少發射藥量,也不要求彈丸速度的發射藥就不追求燃速,那麼它的顆粒形狀就會被做成片狀,球狀或者立方體狀。


千里巖


現代火藥以無煙火藥為主,但配方不同各方面的性能也不一樣。最明顯的是燃燒速度,更容易充分燃燒,大多顯現顆粒狀或條件狀。而粉末狀火藥多為老式黑火藥,燃燒速度慢於新式火藥,而且燃燒不充分,威力小於現代火藥是必然的。


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