影响照明剂发光性质的因素分析

影响照明剂发光性质的主要因素有燃烧温度、火焰中气-固-液占有量、辐射光谱分布、原材料粒度、黏结剂类型和比例、燃速和附加物等。

7.1.4.1　燃烧温度

由于照明剂的发光辐射属于热辐射，由热辐射定律可知，辐射能与温度的四次方成正比，所以，照明剂的发光强度随温度升高而显著增大。照明剂的燃烧温度对发光强度的影响见表7.2。

表7.2　不同燃烧温度下照明剂发光强度

照明剂的燃烧温度与其反应热及其生成物的热容相关。为此，选用燃烧热值大的可燃剂和生成热值小的氧化剂配制照明剂是提高照明剂燃烧温度的有效技术途径。一般照明剂的燃烧热不应低于5 016～8 360 J/g，而燃烧温度应高于2 000℃。

7.1.4.2　火焰中气-固-液占有量

照明剂的发光强度与其燃烧火焰中气-固-液占有量密切相关。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，会加快火焰的冷却，使发光强度降低。试验证明，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，火焰中固体微粒越小，越有利于发光性能提高。例如，某照明剂火焰中Al2O3微粒小至10～90μm时，发光性能最好。

7.1.4.3　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，在可见光以外，辐射能量越小，其发光效率就越高。发光的颜色是由光谱各部分辐射的相对强度决定的。对于某些金属及其氧化物光谱分布，在高温时，在蓝色波长范围内可以接近黑体辐射。例如Al燃烧（生成物为Al2O3）温度达1 900 K时，在波长为450 nm时，它的辐射能力为绝对黑体辐射能力的99%。在照明剂中加入一些钠的化合物（黄光色）和钡的化合物（绿光色），即能增加光谱黄绿部分的辐射，该光谱分布也最适宜人眼观察。

7.1.4.4　原材料粒度

照明剂各成分的粒度（特别是氧化剂和可燃剂的粒度）对发光强度和燃速影响很大。组成照明剂各成分的颗粒越小，比表面积越大，则燃速越快，发光强度越高，见表7.3。(www.xing528.com)

表7.3　氧化剂与可燃剂粒度对光度和燃速的影响

可燃剂颗粒比表面大时，与氧化剂的接触面大，反应性好，因此燃速快，发光强度高。试验证实，降低镁粉的粒子粒径可提高线性燃速和烟火药的发光强度，但对发光效率几乎没有影响。比较具有相同筛分粒度的研磨镁粉和细镁粉，发现研磨镁粉发光度高，燃速高，这是研磨镁粉的比表面积较大的缘故。

7.1.4.5　黏结剂类型和比例

大量的树脂、石墨、塑料、油和橡胶用作黏结剂，填满了粒子之间的空隙并将粒子黏结在一起，从而增强了烟火药的力学性能，也有利于赋予烟火药最大的密度和燃烧效率。有些黏结剂可使烟火药配方钝感，提高了加工安全性。同时，黏结剂还可保护镁粉免受水分腐蚀、调节燃速及提高照明弹的发光强度。科研人员通过试验研究了黏结剂的功能及其含量对照明剂配方的影响。一般而言，黏结剂的含量在4%～6%时，发光强度和发光效率达到最大值，随后黏结剂含量的增高反而使发光效率和发光强度降低。有研究表明，使用不饱和聚酯和环氧树脂等含氧量高的黏结剂能提高发光效率，因此聚酯和环氧树脂被认为是照明剂最合适的黏结剂。典型的照明剂配方含有镁粉50%（200μm）、硝酸钠43%（30～500μm）和黏结剂7%。美国军队的照明剂配方通常使用环氧树脂/多硫化物或VAAR黏结剂体系。

7.1.4.6　燃速

一般情况下，照明剂的发光强度随其燃速增大而增强，但二者并不存在线性关系。通常在一定范围内适当增加金属可燃剂可以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。照明剂中的黏结剂一般为低熔点可燃物质，燃烧时总要消耗一部分热量，使燃速减慢，从而使发光强度降低。

7.1.4.7　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，产生特殊效果。如冷却火焰、通过降低氧化剂和可燃剂的反应来降低燃速。由于草酸盐在热分解过程中生成氧化物熔渣及生成的CO2具有稀释作用，可以调整燃烧表面的性质而不影响发光，所以草酸盐是最常用的调节剂。例如，乙酸钙燃烧时由于生成CO2，降低了烟火药燃速，析出的气体使火焰扩散，同时，氧化钙作为白炽氧化物，能提高发光度。通常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，还能延长燃烧时间，见表7.4。

表7.4　附加物对发光强度和燃烧时间的影响