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火炸藥工業發展史

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火炸藥的誕生已有千餘年的歷史,但直到19世紀末葉,還只有黑火藥一個品種。黑火藥為中國古代四大發明之一,它開創了自供氧物系,是高功率化學能運用的先驅,並把武器由冷兵器發展為熱兵器。現代火炸藥工業的形成是從19世紀後半期開始的。近百餘年來,火炸藥成為現代武器、工業和交通建設、乃至太空運載工具所必須依靠的一種能源,它與電能、原子能具有同等重大的意義,對於推動社會前進起著非常重要的作用 。

1 火炸藥工業發展史 -火炸藥工業發展史

 

2 火炸藥工業發展史 -正文

  火炸藥的誕生已有千餘年的歷史,但直到19世紀末葉,還只有黑火藥一個品種。黑火藥為中國古代四大發明之一,它開創了自供氧物系,是高功率化學能運用的先驅,並把武器由冷兵器發展為熱兵器。現代火炸藥工業的形成是從19世紀後半期開始的。近百餘年來,火炸藥成為現代武器、工業和交通建設、乃至太空運載工具所必須依靠的一種能源,它與電能、原子能具有同等重大的意義,對於推動社會前進起著非常重要的作用。
  黑火藥時期  黑火藥的發明曾經歷了一個很長的過程,約有 500多年(3~9世紀)。此後,火藥用于軍事,被用來製作各種火器,到14世紀,黑火藥實現了工業化生產。
  黑火藥的發明  火藥一詞由"火"和「葯」組成,它是KNO3、S、C或其他可燃物所構成的混合物,能著火或爆炸而不依賴外界的氧。公元前6世紀計然曾指出:「消石(即KNO3)出隴道」,「石流黃 (即S)出漢中」。這說明中國很早已發現天然硝石和硫磺。東漢(公元25~220)的《神農本草經》,把硝石、硫磺列為「上品葯」和「中品葯」。還指出「消石,味苦、寒……服之身輕」;「石流黃,味酸、溫……能化金、銀、銅、鐵,奇物」。木炭在古醫書中未予列入,但一些植物焦灼后的炭也作藥用,後來明代李時珍(1518~1593)把黑火藥收入在《本草綱目》里,這說明火藥首先具有醫藥的含義。約在戰國至東漢初期(公元前475~公元86),中國盛行煉製丹藥的方術,稱煉丹術。煉丹家運用陰陽學說,主要從八石(硃砂、雄黃、雌黃、硫磺、硝石、空青、雲母、戎鹽)煉取丹藥。由此產生了硝石與雄黃、硫磺合煉之事。西晉(265~316)葛洪的《抱朴子》內篇「仙藥」所載餌服雄黃法中提到:「或先以硝石化為水,乃凝之;或以玄胴脹裹蒸之於赤土下;或以松脂和之;或以三物共煉之。引之如布,白如冰……。」其中的「……乃凝之」(為防止硝石、雄黃火煉發生爆炸而採用水湅工藝),「……共煉之」(加入玄胴脹和松香等可燃物以緩和著火爆炸事故的發生),實際都是以硝石和雄黃為主的爆炸物質的基礎配方。火煉是用火烘煅,也稱伏火,目的是使被煉物變性。硝石和硫磺火煉的基本配方載於《諸家神品丹法》的「伏火硫黃法」中「硫黃、硝石各二兩,……將皂角子三個,燒令存性,以鈐逐個入之,……」,根據歷史考證,此法約出現於581~808年間。唐憲宗(808)清虛子著《太上聖祖金丹祕訣》所述「伏火礬法」中的「伏火硫黃法」:「硫黃二兩,硝石二兩,馬兜鈴三錢半。右為末,拌勻、掘坑,入葯於罐內,與地平。將熟火一塊,彈子大,下放裡面,煙漸起。以濕紙四五重蓋,用方磚兩片捺,以土冢之。候冷取出……」,這是繼承上法把皂角子換為馬兜鈴粉,則黑火藥的配方更接近成熟。煉丹書《真元妙道要略》(成書年代說法不一,約在9~10世紀)中還載有:「有以硫黃、雄黃合硝石並蜜,燒之焰起,燒手面及屋宇者。」與「硝石……生者不可合三黃(硫磺、雄黃、雌黃)等燒,立見禍事。」這充分說明了黑火藥劇烈燃燒和爆炸的性質在此之前就已被煉丹家所掌握。
  黑火藥的生產和軍用  煉丹家也常是兵家。晚唐(9~10世紀)由於煉丹招致火藥起火、爆炸而燒毀丹房的事故積累多了,兵家便把火藥用於火攻。1018~1079年宋敏求著《東京記》中,記載北宋已在開封建立火藥作坊,規模宏大,且有保密規程。1044年曾公亮著《武經總要》載有火炮用火藥、蒺藜火毬用火藥、毒藥煙毬用火藥等三種配方。其中蒺藜火毬用火藥的配方為:KNO350%,S25%,C6.20%,其他可燃物18.78%(見彩圖)。當時的黑火藥威力已很大,產量也很高。例如:宋周密撰《癸辛雜識》中有這樣的記敘:「至元庚辰歲(1280)維揚炮庫之變為尤酷。……事定按視,則守兵百人皆糜碎無餘,楹棟悉寸裂,或為炮風扇至十餘裡外。平地皆成坑谷,至深丈余。四比居民二百餘家,悉罹奇禍,此亦非常之變也。」足見當時黑火藥兵器的威力和用量之大。這也是對爆轟現象最早的描述。1548年明朝戚繼光著《紀效新書》中對火藥配方和生產工藝有進一步的提高。鳥銃葯(配方:KNO375.8%,S10.6%,C13.6%)已與現代標準軍用黑火藥基本相同。

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  至於古代東羅馬人的"希臘火"和穆斯林國家的「石油機」等所用的燃料都是不含硝石的,也沒有其他氧化劑,所以都不是火藥。在穆斯林國家關於火藥的記載約出現於13世紀中葉。13世紀,火藥傳入歐洲,英國的宗教家R.培根把獲得的火藥配方在歐洲第一次公諸於世。1340年,在奧格斯堡建立了歐洲最早的黑火藥工廠。15世紀末,西方出現了大型火炮,戰爭中普遍使用黑火藥作為發射葯。16世紀,在墨西哥建立第一個美洲黑火藥工廠,此後黑火藥配方基本上穩定在KNO375%、C12.5%~15%、S10%~12%範圍內。17世紀,開始用黑火藥裝填炮彈和用於礦山爆破硬煤。16世紀末,把黑火藥製成粒狀,1860年後又製成多孔粒狀和六稜體,進一步改善了它的彈道性能。直到19世紀末止,黑火藥時期持續約千年之久。
  近代火炸藥工業時期  屬於大功率化學能源合成的範疇,其應用廣及軍事武器裝備和工業生產建設。
  黑火藥壟斷的突破  1825年,英國R.D.克萊頓從煤焦油中分離出苯、甲苯、萘等,為炸藥的發展提供了主要的原料基礎;酸鹼工業的建立,為合成火炸藥提供了硝化手段;1834~1842年形成的硝化反應理論,在火炸藥生產上得到廣泛應用。這些條件伴隨著工業革命的發展,終於促成了19世紀後半期黑火藥獨佔局面的結束。1846年,德國化學家C.F.舍恩拜因、義大利化學家A.索布雷羅用濃硝酸和濃硫酸的混合酸分別製得硝化棉(見硝酸纖維素)、硝化甘油,這是火炸藥工業得以發展的一個突破點。接踵而起的是一系列硝化棉系無煙火藥和其他新炸藥的產生。例如:1863年德國化學家J.維爾布蘭德發明梯恩梯;1862年瑞典化學家A.B.諾貝爾開設了第一個硝化甘油工廠,並且他以後還有不少發明(包括1866~1867年以硅藻土吸收硝化甘油做成了代那邁特,1867年採用雷汞製成了雷管,1875年申請了爆膠專利,以後又製成一系列各種活性的代那邁特,1888年用低氮量硝化棉和硝化甘油創造了巴力斯太型雙基火藥等);1867年瑞典發明家C.J.奧爾森和J.H.諾賓申請了硝酸銨(1654年創製)的礦用炸藥專利;1877年L.朱斯林發明硝基胍(第一次世界大戰時用作爆破炸藥,第二次世界大戰時又用它製造了三基火藥);同年K.H.默滕斯發明特屈兒;1882年P.赫普制出了1,3,5-三硝基苯;1884年法國P.維埃耶用硝化棉和酒精乙醚溶劑首先創製了單基火藥,被用來代替黑火藥而成為發射葯。1885年,法國科學家E.蒂爾潘用雷管起爆了苦味酸,從而發現後者的爆轟性質,使其列入猛炸藥,並於1885~1888年開始用以裝填炮彈、手榴彈,取代了黑火藥。至此,黑火藥不再作為發射葯和彈體炸藥,而只用於點火、傳火、煙火和工程爆破等。1889年英國化學家F.A.阿貝耳用硝化甘油、丙酮膠化高氮量硝化棉創製了柯達型雙基火藥。1891年B.托倫斯創製了季戊四醇,1894年製成太安,第一次世界大戰中廣泛用於雷管、導爆索、傳爆葯柱及裝填炮彈。1895年中國在上海建立了單基無煙火藥廠。
  第一次世界大戰前後  為滿足戰爭的需要。火炸藥的製造擺脫了舊的作坊式生產而成為間歇式的工業生產,產品品種增多,產量有了大幅度提高。1900年接觸法(見硫酸)製造發煙硫酸成功,為工業生產火炸藥所需的硝-硫混酸提供了原料;使1891年C.豪澤曼研究的三段硝化法,有可能在1901年將梯恩梯的生產加以改進,1901~1906年逐漸完善了硝化甘油的間歇法生產工藝。使之達到工業化的程度。1902年德國人首先用梯恩梯取代苦味酸以裝填炮彈,成為第一次世界大戰中最主要的炸藥。1906年鑒定出特屈兒為猛炸藥,可作傳爆藥用。1920年,G.C.赫爾茨則定出黑索今為優良的高能炸藥。此外,在第一次世界大戰期間,也出現了很多代用炸藥作為梯恩梯的補充,用於裝填炸彈、迫擊炮彈和手榴彈等。
  第二次世界大戰前後  根據第一次世界大戰的經驗,軍用裝備裝甲進一步加強和彈藥的消耗量進一步增大,火炸藥生產也向高能、優質、資源廣方面發展,尤其是生產工藝的變革和混合炸藥的開發更是這一時期突出的特點。1927年硝化甘油完成了連續化生產線。1935年世界上最大的代那邁特炸藥工廠在南非建立。1937年德國人為了消除大口徑火炮使用單基、雙基火藥引起的身管燒蝕、炮口焰、炮尾焰,曾創製了含硝基胍和硝化二乙二醇的三基火藥。1940年美國開創了一類複合火藥,為大型導彈的發展和航天事業起到了推動作用。1941年用醋酐法生產黑索今時,發現其中存在奧克托今,後者的爆炸威力比黑索今更大。1944年美國解決了雙基火藥大型化的鑄裝問題,使雙基火藥適用於導彈。1945年中國成立了雙基火藥廠。1947年美國制出了聚硫橡膠、高氯酸銨、鋁粉複合火藥。50年代,又相繼制出了聚氯乙烯、聚氨酯、聚丁二烯類為可燃劑而以高氯酸銨為氧化劑的一系列複合火藥;在澆鑄雙基火藥的基礎上,加入了高氯酸銨和鋁粉等,又創造了複合雙基火藥類型,使它具有複合和雙基兩種火藥的優點(見推進劑)。同期,中國也發展了這一類火藥。在美國還出現了一系列新型混合炸藥,除軍用粘結炸藥外,還有工業用銨油炸藥,漿狀炸藥等。這一時期的火炸藥生產已達到了自動、遙控的大規模連續化生產方式。
  新型火炸藥的開發  60年代美國曾製成耐熱炸藥(例如塔柯特和六硝基茋等)、工業用乳化炸藥,並成功地爆轟了燃料-空氣炸藥。中國從1959年研製漿狀炸藥和 70年代製成乳化炸藥以來,發展迅速,已形成一個獨具特色的、較完整的抗水工業炸藥體系。
  其他火炸藥的生產,可以硝化甘油為代表,由於電腦的應用和與遙控技術相結合,其產量大增,而生產設備體積和所佔空間卻進一步縮小,自動化程度較高(見火藥)。

 

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