火藥，在外界能量作用下能迅速燃燒，產生大量高溫氣體的能源材料。在特定條件下火藥能發生爆轟。最古老的火藥為黑火藥，是中國古代四大發明之一，由硝酸鉀、硫磺、木炭混合組成，當今仍在廣泛套用。現代火藥品種很多，組成複雜，通常由粘結劑、氧化劑、燃料和固化劑、防老劑、安定劑、燃速調節劑等添加組分組成。
火藥按物理結構分為均質火藥和異質火藥。均質火藥各組分溶解塑化為單相體，如單基和雙基發射藥即為均質火藥。
基本介紹
- 中文名：均質火藥
- 外文名：Homogeneous powder
- 簡述：各組分溶解塑化為單相體的火藥
- 分類：單基火藥、雙基火藥等
- 組成：硝化纖維素為基礎以及各種助劑
- 套用：火箭、子彈、軍事武器等
簡介,分類及組成,單基火藥,雙基火藥,三基或多基藥,均質火藥的加工性質,套用,
簡介
這一類火藥是以硝化纖維素為基礎的火藥。它是由硝化纖維素、溶劑、化學安定劑等主要成分所組成。
硝化纖維素與溶劑作用，經溶解塑化、壓實和成型等工藝製成結構均勻、密度較大並具有一定燃燒規律特生的火藥。成品中只含硝化纖維素一種能量成分的稱為單基藥，以硝化纖維素和硝化甘油兩種能量成分的火藥稱為雙基藥；以硝化纖維素、硝化甘油或再加上另一種能量組分（如，硝基胍、吉納等）的火藥，稱為三基藥或多基藥。
硝化纖維素通常指的是硝化棉，亦即棉纖維素經硝化而得到棉纖維硝酸酯。此外，也有用木纖維素硝酸酯做火藥的。
分類及組成
單基火藥
單基火藥簡稱單基藥。單基藥中含有硝化纖維素（1號和2號混合硝化棉）90%以上，故俗稱硝化纖維素火藥。是用醇-醚混合溶劑塑化硝化纖維素而製得。使硝化纖維素質量均勻，結構緻密，是現在槍和炮大量使用的火藥。由於用的是揮發性溶劑，亦稱為易揮發性溶劑火藥。製成火藥成品後，易揮發性溶劑就是多餘的了，必須驅除。單基藥時聯周是在貯存過程中殘留的溶劑會逐漸揮發，易引起彈道性能發生變化。制出的藥粒收縮率大，藥粒不易規則，所以，常用石墨進行光澤，以增加火藥的假密度、光滑性和導電性。
以硝化纖維素為唯一能量組成的火藥稱為單基火藥，單基火藥的主要成分有：
①硝化纖維素：硝化纖維素是纖維素經過硝化反應後製成的纖維素硝酸酯，它是這類火藥的主要成分，通常占90%以上，也是這類火藥提供能量的唯一成分。
②化學安定劑：火藥在長期儲存過程中，硝化纖維素會自動分解，加入化學安定劑後，可以減緩或抑制這種分解反應的進行，從而提高火藥的化學安定性。單基火藥中常用的安定劑是二苯胺。
④降溫劑：降溫劑的加入使火藥燃燒溫度降低，以減少高溫對槍膛、炮膛的燒蝕作用。常用的降溫劑有二硝基甲苯、樟腦和地蠟等。
⑤鈍感劑：加入鈍感劑的作用是控制火藥的燃燒速度由表及里逐漸增加，達到所謂的漸猛性燃燒特性，從而改進火藥內彈道性能，使初速增加或膛壓降低。單基火藥常用的鈍感劑為樟腦。
⑥光澤劑：為了提高火藥的流散性，使火藥便於裝藥以及在藥筒內提高其裝填密度，並且減小靜電積聚的危險，加入了光澤劑。通常的光澤劑是石墨。
關於單基藥中的其它組分，如鈍感劑、消焰劑和降溫劑等都依不同的要求而具體規定。
製造單基藥的周期較長。單基藥在炮膛內燃燒時腐蝕性較低。
雙基火藥
雙基火藥簡稱雙基藥。它主要是由硝化纖維素、硝化甘油等組成。硝化纖維索經硝化甘油溶解塑化而製造結構均勻的火藥。硝化甘油是能量成分，同時它又是難於揮發的溶劑，故亦稱為難揮發性容劑火藥。
以硝化纖維素和硝化甘油（或硝化二乙二醇或其他含能增塑劑）為主要成分的火藥稱為雙基火藥，其主要成分是：
①硝化纖維素：這是雙基火藥的能量成分之一，通常用34硝化棉，其含氮量為11.8%～12.1%（通稱弱棉），因其在硝化甘油中較易溶解，藥料塑化質量好，易製成均勻性良好的火藥。
②主溶劑（增塑劑）：它起溶解（增塑）硝化纖維素的作用，同時也是雙基藥的另一能量組成，常用的主溶劑有硝化甘油、硝化二乙二醇等。
③助溶劑（或稱輔助增塑劑）：它的作用是增加硝化纖維素在主溶劑中的溶解度，常用的助溶劑有二硝基甲苯、苯二甲酸類、二乙醇硝胺二硝酸酯（通常稱吉納）等。
④化學安定劑：它是起減緩或抑制硝化纖維素及硝化甘油緩慢熱分解的作用，雙基火藥中一般用中定劑而不是用二苯胺，因為二苯胺鹼性較強，能使硝化甘油皂化。
⑤其他附加劑：其中有為改進工藝性能而加入的工藝附加劑（如凡士林），有為改善火藥燃燒性能而加入的燃燒催化劑和燃燒穩定劑（如氧化鉛、氧化鎂、氧化銅、氧化鐵、苯二甲酸鉛、碳化鈣等），消焰劑（如硫酸鉀），鈍感劑（如樟腦、二硝基甲苯、樹脂、苯二甲酸二丁酯等），以及為提高火藥導電性能和火藥粒的流散性而加入的少量石墨。
如果使用氮量高的硝化纖維素（俗稱強棉）與硝化甘油做雙基藥，需要藉助揮發性溶劑完成製造過程，此藥稱為柯達型火藥。
氨量低的硝化纖維素（俗稱羽棉）與硝化甘油製成的火藥稱為巴利斯太型火藥。這種火藥製造簡單且製造周期短，能量較大，藥粒較規整，彈道性能變化小；但對炮膛燒蝕性大。它廣泛地套用於各種槍和炮以及火箭、飛彈裝藥中。
三基或多基藥
硝化二乙二醇是最早加入到雙基藥中，它部分地或全部代替硝化甘油，以改善雙基藥對火炮的燒蝕性。所謂“G”火藥就是這類火藥，它的燃燒速度和熱量均低。此外，還可將硝基胍加入到雙基藥中。所謂有基胍火藥（亦稱顧多火藥）就是含有硝基胍的雙基藥，
這種火藥隨硝基胍含量增多而機械性也逐漸變壞。
均質火藥的加工性質
均質火藥中的高分子化合物主要是硝化纖維素，它是一種高分子炸藥，常溫時處於玻璃態，溫度升高時可以分解但不熔融粘流，故它只能以溶劑或增塑劑溶塑成為可粘流的藥料方可進行成型加工。
1、硝化纖維素的溶解與增塑
硝化纖維素的溶解與增塑服從聚合物溶解與增塑的一般規律。
實驗證明，硝化纖維素在溶劑中的溶解是自動進行的；溶液的濃度不隨時間變化；溶液是均一相的與熱力學穩定體系。因此，可以用熱力學判據判斷硝化纖維素與溶劑及增塑劑的相溶性。
由熱力學可知，在恆壓下，自發進行的等溫過程，溶解體系的自由能ΔG應該降低，即
ΔG=ΔH -TΔS<0
式中ΔH—— 聚合物溶解時的焓變；ΔS——聚合物溶解時的熵變。
由上式可知，在下列三種情況下，聚合物可以溶解。
（1）ΔH<0，ΔS>0；
（2）ΔH<0，ΔS<0，但〡ΔH〡>〡TΔS〡；
（3）ΔH<0，ΔS>0，但〡ΔH〡<〡TΔS〡。
硝化纖維素是一種剛性高分子化合物，它與溶劑混合時熵變很小，故它的溶解主要決定於焓變（見下圖表）。
硝化纖維素在不同溶劑中的溶解情況上圖表說明，硝化纖維素在不同溶劑中的溶解及溶脹與其溶解的熱效應有關，它在酮類溶劑中放熱最多，溶解最完全。在乙醇及醇醚混合溶劑中隨著放熱效應的增加，溶解程度也增大。它與乙醚混合時吸熱，因而互不溶解。這一情況完全符合上述聚合物溶解的熱力學規律。
對於柔性鏈高分子化合物，因其鏈段較小，它們與溶劑混合時的熵變很大，這類高分子化合物的溶解主要決定於其溶解時的熵變。
2、單基火藥藥料的流變性質
單基火藥藥料最初是由硝化纖維素與一些常用揮發性溶劑（丙酮、乙醇與乙醚混合液等）製成的，因此單基火藥藥料的流變性質主要決定於硝化纖維素及其溶劑的性質。硝化纖維素是一種物理與化學結構都不均一的高分子化合物。它在溶劑中的溶解度與其相對分子質量及相對分子質量分布、含氮量以及硝化棉的巨觀結構等有關。硝化纖維素的相對分子質量及含氮量由纖維素的相對分子質量及其硝化條件控制，硝化棉的巨觀結構則由硝化纖維素製造過程中的細斷工序控制。
硝化纖維素的溶解及溶脹與各種溶劑的關係可看出，一般有機酮與有機酯類溶劑對硝化纖維素的溶解能力較強，醇的溶解能力次之，醚在常溫時幾乎不能溶解硝化纖維素，但醇、醚混合溶劑則可溶脹與溶解中等含氮量的硝化纖維素。因此，丙酮、乙酸乙酯、醇醚合劑是單基火藥藥料的常用揮發性溶劑。硝化纖維素在醇醚溶劑（體積比1：2）中的溶解度與其含氮量的關係。
單基火藥藥料的流變性質還與硝化纖維素溶解及溶脹時的溫度，溶劑用量、作用時間、設備、操作條件等有關。嚴格控制上述條件是製得高質量單基火藥藥料與單基火藥的保證。
3、雙基火藥藥料的流變性質
雙基火藥主要是由硝化纖維素與低分子硝酸酯（硝化甘油等）組成的，為了保證火藥的安定性與調節火藥的能量，雙基炮藥中還含有中定劑、二硝基甲苯、苯二甲酸二丁酯等。雙基火箭火藥除了上述成分以外，又含有多種燃燒催化劑等。由於低分子硝酸酯多半是一些難揮發的增塑劑，且又都是一些炸藥，故雙基火藥藥料的流變性質，除了與硝化纖維素的性質有關以外，低分子硝酸酯、燃燒催化劑等的性質與用量以及溫度、剪下應力、加工設備及條件等都有不同程度的影響。
四種雙基火藥藥料的流動曲線
四種雙基火藥藥料的流動曲線任玉立等用候普勒稠度計測得90℃左右時4種雙基火藥藥料的流動曲線如圖所示。右圖說明，B、C兩種火藥藥料在相同溫度下的流動曲線不同，在相同剪下應力下，B火藥藥料的流動速度比C火藥藥料小很多。右圖還說明，上述四種雙基火藥藥料與具有屈服應力的假塑性流體類似，其流動方程為
τ -τy =Kγn （n =0.14～0.18）
4、三基火藥藥料的流變性質
三基火藥是在火炮要求火藥具有高能低燒蝕性能，在單、雙基火藥的基礎上發展起來的。它的特點是火藥中含有較多的固體炸藥硝基胍。硝基胍在火藥藥料中相當於一種固體填料，它的加入對火藥藥料的流變性質帶來較大的影響。 F．S．貝克爾（F．S．Baker）等對三基火藥藥料的流變性質作了較詳細的研究。他們用轉矩流變儀為捏合機，毛細管流變儀作擠出機，研究了典型的三基火藥藥料的流變性質，求得三基火藥藥料的流動曲線以及輔助溶劑（丙酮）、硝基胍的形狀、尺寸與含量、溫度、捏合時間等對三基火藥藥料流動的影響。
套用
在槍炮武器中，火藥是裝在槍彈殼體、炮彈藥筒或火炮藥室內的。發射時，火藥經由底火或其他發火裝置點燃而進行快速燃燒，火藥燃燒後釋放大量熱，同時生成大量氣體，在膛內形成很高的壓力，這種高溫、高壓氣體在膛內膨脹做功，將彈丸高速地推送出去，達到發射彈丸的目的。
在火箭武器中，火藥是裝在火箭發動機的燃燒室內，發射時，火藥經點火裝置點燃而進行燃燒，燃燒後生成的高溫、高壓氣體經由發動機尾部的噴管高速噴出，從而產生一種反作用推力，使火箭獲得一定的速度向前飛行。
從上述情況看，火藥在武器中的作用是提供發射的能源，它是通過急劇的化學反應——快速燃燒，釋放熱量和產生大量氣體來實現的。
火藥不僅在武器中提供能源，同時它與武器的質量密切相關。火藥提供能量的多少直接影響到彈丸、火箭飛行速度，從而影響武器射程。對某些穿甲彈來講，彈丸飛行速度大小直接影響穿甲侵徹深度。火藥燃燒的均勻性和穩定性直接影響到彈丸、火箭彈彈著點的散布精度。當製造武器的材料一定時，隨著火藥燃燒產生的高溫高壓氣體溫度高低、壓力大小的不同，武器的結構和重量會有較大差別，從而影響武器的機動性能。發射過程中，火藥燃燒產生的高溫高壓氣體是通過槍炮身管、火箭發動機尾部噴出的，因此火藥燃燒情況會直接影響槍炮身管的使用壽命和發動機推力，故火藥必須具備一定的性能方能滿足武器要求。
