Китайские алхимики обнаружили рецепт того, что стало известно как черный порошок в 9 веке до Н.Э . : это была смесь тонкоизмельченного нитрата калия (также называемого селитра ), древесного угля и серы в приблизительных пропорциях 75:15:10 по весу. Полученный порошок вел себя не так, как раньше. Он быстро горел при контакте с открытым пламенем или раскаленным проводом, создавая яркую вспышку и густой белый дым. Он также производил значительные количества перегретого газа, который, будучи заключенным в частично закрытый контейнер, мог вытолкнуть снаряд из открытого конца. Китайцы использовали это вещество в ракетах, в пиротехнических прожекторах, очень похожих на римские свечи, в грубой пушке и, по некоторым источникам, в бомбах, брошенных механической артиллерией., Это произошло задолго до того, как порох был известен на Западе, но развитие в Китае застопорилось. Развитие черного порошка как тактически значимого оружия было оставлено европейцам, которые, вероятно, приобрели его у монголов в 13-м веке (хотя также возможна диффузия через арабский мусульманский мир ).
Химия и внутренняя баллистика
Черный порошок отличался от современных ракетных и взрывчатых веществ рядом важных особенностей. Во-первых, только около 44 процентов по массе правильно сгоревшего заряда черного порошка было превращено в газы-вытеснители, причем остаток представляет собой твердые остатки. Высокая молекулярная масса этих остатков ограничивала скорость дульного отстрела боеприпасов черного порошка примерно до 600 футов (600 метров) в секунду. Во-вторых, в отличие от современныхВ пропеллентах на основе нитроцеллюлозы скорость горения черного порошка существенно не меняется в зависимости от давления или температуры. Это произошло потому, что реакция в взрывном заряде черного порошка передавалась от зерна к зерну со скоростью, примерно в 150 раз превышающей скорость, с которой потреблялись отдельные зерна, и потому, что черный порошок горел в сложной серии параллельных и взаимозависимых экзотермических (производящие тепло) и эндотермические (поглощающие тепло) реакции, которые уравновешивают друг друга. Результатом была по существу постоянная скорость горения, которая отличалась только размером зерна порошка; чем крупнее зерна, тем меньше площадь поверхности, подверженной сгоранию, и тем медленнее образуются газы-вытеснители.
Эксперименты девятнадцатого века выявили резкие различия в количестве газа, производимого древесный уголь сжигают из разных пород дерева. Например, было обнаружено, что древесный уголь из кизила, разложенный нитратом калия, дает на 25% больше газа на единицу веса, чем древесный уголь из пихты, каштана или лещины, и на 17% больше, чем древесный уголь из ивы. Эти научные наблюдения подтвердили настойчивость ранних и совершенно ненаучных текстов о том, что древесный уголь из разных пород дерева подходит для различных применений. Например, древесный уголь из ивы предпочитали пушечному порошку и древесному углю из кизила для стрелкового оружия - предпочтение было подтверждено испытаниями 19-го века.
Змеиный порошок
Самый ранний порох был изготовлен путем измельчения ингредиентов по отдельности и их сухого смешивания. Это было известно как змеиный. Поведение серпентина было очень изменчивым, в зависимости от ряда факторов, которые было трудно предсказать и контролировать. Если упаковка слишком плотная и не ограничена, заряд серпентина может испортиться; и наоборот, он может развить внутренние трещины и взорваться. При воздействии вибрации, как при транспортировке в вагоне, компоненты змеевика разделяются на слои в соответствии с относительной плотностью , сера оседает на дне и уголь поднимается наверх. Повторное смешивание на батарее было необходимо для поддержания правильных пропорций - неудобная и опасная процедура, производящая облака ядовитой и потенциально взрывоопасной пыли.
Кукурузный порошок
Вскоре после 1400 года кузнецы научились смешивать ингредиенты пороха в воде и измельчать их вместе в виде жидкого раствора. Это было значительное улучшение в нескольких отношениях. Влажное внесение было более полным и равномерным, чем сухое смешивание, процесс постоянно «замораживал» компоненты в стабильную зерновую матрицу, так что разделение больше не было проблемой, и влажную суспензию можно было измельчать в больших количествах с помощью водяных мельниц с минимальной опасностью. взрыва. Использование гидроэнергии также резко снизило стоимость.
После измельчения суспензия была высушена в виде листа или кекса. Затем его обрабатывали на штамповочных мельницах, которые обычно использовали гидравлические молотки с деревянным приводом, чтобы разбить лист на зерна. После того, как они падали, чтобы стирать острые края с зерен и придавать им глазурь, их просеивали. Размер зерна варьировался от грубого - примерно до размера зерна пшеницы или кукурузы (отсюда и название порошкообразного зерна) - до очень мелкого. Порошок, слишком мелкий для использования, был повторно введен в суспензию для переработки. Кукурузный порошок горел более равномерно и быстро, чем серпантин; В результате получился более прочный порошок, который сделал опасным много старых ружей.
