Termit keverék ( termitek - kémiai, műszaki ) ( más görög szóból θερμά - hő , meleg) - alumínium (ritkábban magnézium ) porított keveréke különféle fémek (általában vas ) oxidjaival .
Meggyújtva intenzíven ég, nagy mennyiségű hő szabadul fel . Égési hőmérséklete általában 2300-2700 °C, erősebb oxidálószerek, például nikkel- , króm- vagy volfrám -oxidok használata esetén pedig sokkal magasabb. A keveréket egy speciális gyújtóval ( bárium-peroxid , magnézium és nátrium keveréke) felgyújtjuk . A keverék komponenseinek mennyiségi arányát a sztöchiometrikus arány határozza meg. A leggyakoribb vas-alumínium termit: Fe 2 O 3 (általában rozsda) \u003d 75%; Al = 25% (égetett lerakódást vagy gazdag vasércet tartalmaz ). Az ilyen termit gyulladási hőmérséklete körülbelül 1300 °C (alapozókeverék 800 °C); a keletkező vasat és salakot 2400 °C-ra hevítik. Időnként vas vágott , ötvöző adalékokat és folyasztószereket visznek be a vastermit összetételébe . Az eljárást magnezittégelyben hajtják végre . Termitek kaphatók telefon- és távíróvezetékek, valamint elektromos vezetékek hegesztésére . A haditechnikában a termitet gyújtóanyagként használják. A vasötvözetek előállítása során a folyasztószer hozzáadásával járó termitet töltésnek nevezzük .
Elméletileg a termitkeverék különféle fémekből, amelyek üzemanyagként szolgálhatnak , és oxidálószerekből állhat . Az alumínium széles körben elterjedt nyilvánvaló előnyei miatt:
Ezenkívül a reakció során keletkező alumínium-oxid kis sűrűsége hajlamos arra, hogy a kapott tiszta fémen lebegjen. Ez különösen fontos a hegesztési varratok szennyeződésének csökkentése érdekében.
A legelterjedtebb és legelérhetőbb oxidálószerek a vas-oxidok , amelyeket különféle fémekkel keverve használnak [1] :
Laboratóriumi körülmények között még a szárazjég (szilárd szén-dioxid) is oxidálószerként szolgálhat [2] . Oxigénmentes oxidálószerek - fluorpolimerek használhatók gyújtókompozíciókban , például a magnézium + teflon + viton (MTV) keveréke .
Példák termit-gyújtó összetételekre [3] [4] :
A leggyakoribb összetétel a vastermit. Oxidálószerként általában vas-oxidot (III) vagy vas-oxidot (II, III) használnak. Az előbbi több hőt termel. Ez utóbbi könnyebben meggyullad, valószínűleg az oxid kristályszerkezete miatt. A réz- vagy mangán-oxidok hozzáadása nagymértékben javíthatja a gyújtást. A főtt termeszek sűrűsége gyakran 0,7 g/cm3. Ez viszont viszonylag alacsony energiasűrűséget (kb. 3 kJ/cm3), gyors égést és a megolvadt vas fröccsenését eredményezi a beszorult levegő tágulása miatt. A Thermite 4,9 g/cm3 (közel 16 kJ/cm3) sűrűségre préselhető alacsony égési sebesség mellett (kb. 1 cm/s). A préselt termit nagyobb olvasztási képességgel rendelkezik, vagyis képes megolvasztani az acélcsészét ott, ahol az alacsony sűrűségű termit meghibásodna. A vastermit, adalékanyaggal vagy anélkül, hőálló testtel és fúvókával rendelkező vágóberendezésekbe préselhető. A 2Al + Fe 2 O 3 oxigénkiegyensúlyozott vastermit elméleti maximális sűrűsége 4,175 g/cm3, adiabatikus égési hőmérséklete 3135 K vagy 2862 °C vagy 5183 °F (a benne lévő fázisátalakulásokat a 3135 K-en forráspontú vas korlátozza) , alumínium az oxid (rövid ideig) megolvad, és a keletkező vas nagyrészt folyékony, egy része gázhalmazállapotú - 1 kg termitben 78,4 g vasgőz képződik. Az energiatartalom 945,4 cal/g (3956 J/g). Az energiasűrűség 16 516 J/cm3.
Az eredeti keverékben olyan formában, amelyben feltalálták, a vas-oxidot malomkő formájában alkalmazták. A kompozíciót nagyon nehéz volt meggyújtani
A réztermit réz(I)-oxidból (Cu 2 O, piros) vagy réz(II)-oxidból (CuO, fekete) nyerhető. Az égési sebesség általában nagyon gyors, a réz olvadáspontja pedig viszonylag alacsony, így a reakció során igen rövid idő alatt jelentős mennyiségű olvadt réz keletkezik. A réz(II)-termitek reakciói olyan gyorsak lehetnek, hogy egyfajta instant pornak tekinthetők. Robbanás következhet be, aminek következtében a rézcseppek kifröccsenése jelentős távolságra szétszóródik. Az oxigén-kiegyensúlyozott keverék elméleti maximális sűrűsége 5,109 g/cm3, adiabatikus lánghőmérséklete 2843 K (a fázisátalakulásokat is beleértve), olvadt alumínium-oxiddal és folyékony és gáz halmazállapotú rézzel; Ennek a termitnek 1 kg-jára 343 g rézgőz képződik. Energiatartalma 974 cal/g.
A réz (I) termit az iparban használatos, például vastag rézvezetők hegesztésekor (kézi hegesztés). Ezt a fajta hegesztést az Egyesült Államok haditengerészetében a kábelek összeillesztése szempontjából is értékelik nagyáramú rendszerekben, például elektromos meghajtásban. Az oxigénnel kiegyensúlyozott keverék elméleti maximális sűrűsége 5,280 g/cm3, adiabatikus lánghőmérséklete 2843 K (beleértve a fázisátalakulásokat is), olvadt alumínium-oxiddal és rézzel folyékony és gáznemű formában; Ennek a termitnek 1 kg-jára 77,6 g rézgőz képződik. Energiaértéke 575,5 cal/g
A termitkészítmény sóalapú oxidálószerrel (általában nitrátokkal, pl. bárium-nitrát-Ba(NO 3 ) 2 vagy peroxidokkal ) dúsított termit. A termitekkel ellentétben a termák lángok és gázok felszabadulásával égnek. Az oxidálószer jelenléte megkönnyíti a keverék meggyulladását és javítja az égő készítmény behatolását a célpontba, mivel a felszabaduló gáz kidobja az olvadt salakot és mechanikus keverést biztosít. Ez a mechanizmus alkalmasabbá teszi a termiteket, mint a termiteket gyújtó célokra és érzékeny berendezések (például kriptográfiai eszközök) vészhelyzeti megsemmisítésére, mivel a termit hatása inkább lokalizált.
A fémek megfelelő körülmények között ugyanúgy égnek, mint a fa vagy a benzin. (Valójában a rozsda az acél vagy a vas nagyon kis sebességű oxidációjának eredménye.) A termitreakció akkor következik be, amikor a fémes tüzelőanyagok megfelelő keverékei egyesülnek és meggyulladnak. Maga a gyújtás rendkívül magas hőmérsékletet igényel. [Idézet szükséges]
A termitreakció meggyújtásához általában csillagszóróra vagy könnyen hozzáférhető magnéziumszalagra van szükség, de tartós erőfeszítésre is szükség lehet, mivel a gyulladás megbízhatatlan és kiszámíthatatlan lehet. Ezeket a hőmérsékleteket nem lehet elérni a hagyományos feketepor-gyújtókkal, nitrocellulóz rudak, detonátorok, pirotechnikai iniciátorok vagy más általános gyújtószerkezetek segítségével. Még akkor sem gyullad meg, ha a termit elég forró ahhoz, hogy élénkvörösen világítson, mivel fehéren forrónak kell lennie a reakció elindításához.
Gyakran fémes magnéziumcsíkokat használnak biztosítékként. Mivel a fémek anélkül égnek, hogy hűtőközeg-gázokat szabadítanának fel, potenciálisan nagyon magas hőmérsékleten is éghetnek. A reaktív fémek, mint például a magnézium, könnyen elérhetik a termiteket elég magas hőmérsékletet. A magnéziumgyújtás továbbra is népszerű a termeszkedvelők körében, főként azért, mert könnyen beszerezhető, de az égő csík egy darabja beleeshet a keverékbe, ami idő előtt meggyullad.
A magnézium-módszer alternatívájaként a kálium-permanganát és glicerin vagy etilénglikol reakcióját alkalmazzák. E két anyag összekeverésekor spontán reakció indul be, amelyben a keverék hőmérséklete lassan emelkedik, amíg láng nem keletkezik. A glicerin oxidációja során felszabaduló hő elegendő a termitreakció megindításához.
A magnéziumgyújtás mellett néhány hobbi is előszeretettel használ csillagszórókat a termitkeverék meggyújtására. Elérik a kívánt hőmérsékletet, és elegendő időt biztosítanak, mielőtt az égési pont eléri a mintát. Ez veszélyes módszer lehet, hiszen a vasszikrák a magnéziumcsíkokhoz hasonlóan több ezer fokon égnek, és meggyújthatják a termitet, még akkor is, ha maga a csillagszóró nem érintkezik vele. Ez különösen veszélyes finomra őrölt termit esetén.
A gyufafejek elég forrón égnek ahhoz, hogy meggyulladjanak a termittel. Lehetőség van alufóliába csomagolt gyufafejek és a gyufafejekhez vezető, kellően hosszú képlékeny/elektromos gyufa használata.
Hasonlóképpen, a finoman eloszlatott termit meggyújtható kovakő szikragyújtóval, mivel a szikrák égő fémek (jelen esetben a nagy reakcióképességű ritkaföldfémek, a lantán és a cérium). Ezért nem biztonságos öngyújtót használni a termit közelében.
A termitreakcióknak számos felhasználási területük van. Nem robbanóanyag; ehelyett úgy működik, hogy nagyon kis területet tesz ki rendkívül magas hőmérsékletnek. Egy kis pontra fókuszált erős hő felhasználható fémek átvágására vagy fém alkatrészek összehegesztésére, akár úgy, hogy a fémet kiolvasztják az alkatrészekből, akár magából a termitreakcióból származó olvadt fémet injektálják.
A Thermite használható javításokhoz vastag acélprofilok, például mozdonyok tengelykeretei helyett hegesztéssel, ahol a javítások anélkül végezhetők el, hogy az alkatrészt eltávolítanák a beépítési helyéről.
A Thermite segítségével gyorsan vághatók vagy hegeszthetők acélok, például vasúti sínek, anélkül, hogy bonyolult vagy nehéz berendezésekre lenne szükség. Az ilyen hegesztett kötésekben azonban gyakran előfordulnak olyan hibák, mint a salakzárványok és üregek (lyukak), ezért nagy körültekintést igényel a folyamat sikeres végrehajtása. A sínek termithegesztésének numerikus elemzését az öntvény hűtésének elemzéséhez hasonlóan közelítettem meg. Mind a végeselemes analízis, mind a termitsínhegesztések kísérleti analízise kimutatta, hogy a hegesztési hézag a legfontosabb hibaképződést befolyásoló paraméter. A hegesztési hézag növelése bizonyítottan csökkenti a zsugorodási üregeket és a hegesztési hibákat, az előmelegítés és a termit hőmérsékletének növelése pedig tovább csökkentette ezeket a hibákat. Ezeknek a hibáknak a csökkenése azonban hozzájárul a hiba második formájának, a mikroporozitásnak a megjelenéséhez. Arra is ügyelni kell, hogy a sínek egyenesek maradjanak anélkül, hogy torzulást okoznának, ami nagy sebességnél és nehéz tengelyterhelési vonalaknál kopást okozhat.
A termitreakciót, amikor bizonyos fémek érceinek tisztítására használják, termitfolyamatnak vagy aluminoterm reakciónak nevezik. A tiszta urán előállításához használt reakció adaptációját az Ames Laboratory Manhattan Project dolgozta ki Frank Spedding irányításával. Néha Ames-folyamatnak is nevezik.
A réztermit vastag rézhuzalok összehegesztésére szolgál elektromos csatlakozásokhoz. Széles körben használják a villamosenergia- és a távközlési iparban (exoterm hegesztett kötések).
A katonaság gyakran használ kézigránátokat és termitölteteket anyagok elleni védekezésre és a felszerelések részleges megsemmisítésére; ez utóbbi akkor gyakori, ha nincs idő biztonságosabb vagy alaposabb módszerekre. Például a termit felhasználható kriptográfiai berendezések vészhelyzeti megsemmisítésére, ha fennáll annak a veszélye, hogy az ellenséges erők elfoghatják. Mivel a szabványos vastermit nehezen gyullad meg, kis lánggal vagy láng nélkül ég, és rövid a hatótávolsága, a szabványos termit önmagában ritkán használatos gyújtóanyagként. Általánosságban elmondható, hogy egy termitkeverék gáznemű reakciótermékeinek térfogatának növelése növeli az adott termitkeverék hőátadási sebességét (és ezáltal károsodását). Általában más összetevőkkel együtt használják, amelyek fokozzák gyújtó hatását. A Thermite-TH3 termit és pirotechnikai adalékok keveréke, amely felülmúlja a hagyományos termiteket a gyújtós alkalmazásokban. Tömegösszetétele jellemzően körülbelül 68,7% termit, 29,0% bárium-nitrát, 2,0% kén és 0,3% kötőanyag (például PBAN). Bárium-nitrát hozzáadása a termithez növeli annak termikus hatását, nagyobb lángot hoz létre, és nagymértékben csökkenti a gyulladási hőmérsékletet. Bár a Thermat-TH3 elsődleges célja a hadseregben, mint anyagellenes gyújtófegyver, fém alkatrészek hegesztésére is használható.
A termitek klasszikus katonai felhasználása a tüzérségi darabok használhatatlanná tétele, és a második világháború óta használják is erre a célra, például a normandiai Pointe du Hocban. A Thermite robbanótöltetek használata nélkül képes véglegesen letiltani a tüzérségi darabokat, így a termit akkor használható, ha csendre van szükség egy művelethez. Ezt úgy lehet megtenni, hogy egy vagy több termitgránátot helyez a farba, majd gyorsan bezárja; ez összehegeszti a csavart és lehetetlenné teszi a pisztoly betöltését. Alternatív megoldásként a fegyver csövébe helyezett termitgránát megsérti a csövet, és veszélyessé teszi a fegyvert a tüzelésre. A Thermite a pisztoly célzó- és emelőszerkezetét is képes hegeszteni, megnehezítve a megfelelő célzást.
A második világháború alatt mind a német, mind a szövetséges tűzbombák termitkeveréket használtak. A gyújtóbombák általában tucatnyi vékony, termittel töltött tartályból (bombából) álltak, amelyeket magnéziumbiztosítékkal gyújtottak meg. A gyújtóbombák sok városban hatalmas károkat okoztak a termit okozta tüzek miatt. Különösen sérülékenyek a városok, amelyek főleg faépületekből álltak. Ezeket a gyújtóbombákat főként éjszakai légitámadások során használták. A bomba-irányítókat nem lehetett éjszaka használni, így olyan lőszerre volt szükség, amely elpusztíthatja a célpontokat anélkül, hogy pontos elhelyezésre lenne szükség.
A termeszek használata veszélyes a rendkívül magas hőmérséklet és a beindult reakció elnyomásának rendkívüli nehézségei miatt. A reakció során felszabaduló kis mennyiségű olvadt vas jelentős távolságokat tehet meg, és fémtartályokon keresztül megolvadhat, meggyújtva azok tartalmát. Ezenkívül a viszonylag alacsony forráspontú gyúlékony fémek, például a cink (907 °C-os forráspontú, körülbelül 1370 °C-kal alacsonyabb, mint a termit égési hőmérséklete) potenciálisan nagymértékben szórhatják a túlhevített forrásban lévő fémet a levegőbe, ha a következő. a termithez.
Ha a termit valamilyen okból szerves anyagokkal, hidratált oxidokkal és egyéb olyan vegyületekkel szennyezett, amelyek hevítéskor gázokat szabadíthatnak fel, vagy reakcióba léphetnek a termit komponenseivel, a reakciótermékek permetezhetők. Ezenkívül, ha a termitkeverék elegendő légüreget tartalmaz, és elég gyorsan ég, a túlhevített levegő a keverék fröccsenését is okozhatja. Emiatt előnyös viszonylag nyers porok alkalmazása, hogy a reakció sebessége mérsékelt legyen, és a forró gázok kiléphessenek a reakciózónából.
A termit gyújtás előtti előmelegítése könnyen megtörténhet véletlenül, például úgy, hogy egy új termithalmot öntenek egy forró, nemrégiben meggyújtott termitsalak halomra. Meggyulladva az előmelegített termit szinte azonnal megéghet, a normálnál jóval nagyobb sebességgel szabadul fel fény- és hőenergia, és ésszerűen biztonságos távolságból égési sérüléseket és szemkárosodást okoz.
A termitreakció véletlenül előfordulhat olyan ipari üzemekben, ahol a dolgozók csiszoló- és vágókorongokat használnak a vasfémek megmunkálásához. Ha ebben a helyzetben alumíniumot használunk, oxidok keveréke képződik, amely hevesen felrobbanhat.
A víz termittel való összekeverése vagy az égő termitre víz öntése gőzrobbanást idézhet elő, amely forró töredékeket küld minden irányba.
A Thermit fő összetevőit egyéni tulajdonságaik, különösen fényvisszaverő képesség és hőszigetelés miatt is felhasználták a német Hindenburg Zeppelin fényezésében vagy adalékanyagában, ami hozzájárulhatott annak tüzes pusztításához. Ezt az elméletet a NASA egykori tudósa, Addison Bain vetette fel, majd a MythBusters tudományos valóságshow félig meggyőző eredménnyel tesztelte kis léptékben (bebizonyosodott, hogy nem egyedül a termitreakció a hibás, hanem inkább Feltételezik, hogy ez ennek és a hidrogéngáz elégetésének kombinációja, amely kitölti a Hindenburg testét). A MythBusters program ellenőrizte az interneten talált videó érvényességét is, amelyben egy fémvödörben lévő termeszek több jégtömb tetején kigyulladtak, és hirtelen robbanást okoztak. Az eredményeket úgy tudták megerősíteni, hogy hatalmas jégtömböket találtak a robbanás helyétől 50 m-re. A társműsorvezető Jamie Hyneman szerint ez a termitkeverék aeroszolos képződésének tudható be, valószínűleg gőzfelhőben, aminek következtében az még gyorsabban ég. Hyneman egy másik, ezt a jelenséget magyarázó elmélettel kapcsolatban is szkepticizmusát fejezte ki: a reakció valahogy megosztotta a hidrogént és oxigént a jégben, majd meggyújtotta őket. Ez a magyarázat azt állítja, hogy a robbanást a magas hőmérsékletű olvadt alumínium és a víz reakciója okozta. Az alumínium magas hőmérsékleten hevesen reagál vízzel vagy gőzzel, hidrogént szabadítva fel és oxidálódik. Ennek a reakciónak a sebessége és a keletkező hidrogén meggyulladása könnyen megmagyarázhatja a robbanást – erősítették meg. Ez a folyamat egy robbanásveszélyes reakcióhoz hasonlít, amelyet a kálium fém vízbe jutása okoz.
A termit alapú gyújtó keverékek alumíniumpor (por) és vas-oxid keveréke. Ezeknek a vegyületeknek nagyon magas, 2519 °C-os égési hőmérsékletük van. Oxigén jelenléte nélkül képesek égni, vízzel nem olthatók el. A termeszek bizonyos típusai szinte láng nélkül égnek, mások megfelelő mennyiségű tűzzel. A Thermite rendkívül erős égető hatással rendelkezik. Az olvadt termit könnyen átég a duralumínium-, acél- és vaslemezeken. Ezen a hőmérsékleten a beton és a tégla megreped, az üveg megolvad, az acél ég. A termit magas hőmérsékletű salakot képez, amely fokozza égési képességét. A termit bármilyen tárgyban tüzet okozhat, még akkor is, ha nincsenek gyúlékony anyagok. Eloltani szinte lehetetlen.
Vasötvözetek (aluminotermia), gyújtólövedékek , termithegesztés és egyéb olyan területek előállítására használják, ahol magas hőmérsékletre van szükség.
A The Master's Banishment (1946) című regény a következőképpen írja le a termitkeveréket:
Hallottál már a termitről? Ó te! Tessék, figyelj. elmagyarázom neked. A Thermitet régóta használják az iparban. Ez egyes fémek porkeveréke, amely képes meggyulladni, és égés közben magas hőmérsékletet - akár három és fél ezer fokot - képes kifejteni.
A Breaking Bad sorozatban Walter és Jesse termitet használ, hogy betörjenek egy raktárba.
A „ Galileo ” tévéműsorban a „Kísérletek” címszó alatt probléma volt ezzel a névvel. A kísérlet vezetője a keze megégetésével (talán szándékosan) egyértelműen bizonyította a termitégetés és a biztonsági előírások be nem tartása következményeit. Azt is elmagyarázta, hogy a termitet nem lehet csak úgy felgyújtani (gyufával vagy öngyújtóval).
A Payday 2-ben a termit biztonságos tárgyak és széfek behatolására szolgál.