站长之家- 业界 2021-10-01T03:54:50 +08:00

科学家用15世纪大炮复制品测试中世纪的火药配方

一个由化学家和历史学家组成的跨学科小组想更多地了解几个世纪以来各种火药的配方是如何演变的。研究人员在最近发表在ACS Omega杂志上的一篇论文中描述了他们的发现。他们甚至通过在西点军校射击场发射15世纪投石大炮的复制品来测试其中几个配方。

火药也被称为黑火药,从化学角度来说,它很简单。它是作为燃料的硫磺和木炭(碳)与硝酸钾(KNO3)的混合物,硝酸钾是一种氧化剂,也被称为硝石。黑火药最早于公元904年左右在中国用于战争,到13世纪末,其使用已遍及欧洲和亚洲。现代黑火药配方要求75%的硝石、15%的木炭和10%的硫磺。但几个世纪以来,中世纪的枪炮大师们尝试了许多不同的配方,其中许多包括樟脑、清漆或白兰地等添加剂,其目的至今仍不清楚。

到14世纪末,制造商发现,人们可以通过一种湿磨工艺来改善火药的性能。当其他成分被研磨在一起时,会加入某种液体(通常是蒸馏酒),产生一种潮湿的糊状物。糊状物会被卷成球状,然后晒干,这些球在使用前会被战场上的炮手在研钵中压碎。

所谓的蛇纹石干混火药在15世纪的欧洲最常使用。标准程序包括用研钵和铁杵将成分研磨在一起,将这些成分还原成细粉可能需要长达24小时。颗粒越小,混合越彻底,火药的燃烧就越迅速和有效。

研究人员确定了在公元1336年至1449年之间中世纪文本中记录的20多种不同的配方,并按照这些配方制造自己的不同批次的火药。Riegner等人测试了蛇纹石和粟粒状样品,使用炸弹量热法来记录相对燃烧热和反应速率。他们使用差示扫描量热法来测量燃烧的开始(预燃),以及燃烧扩散的速度,并分析每种配方的残留物以确定燃烧的有效性。该小组还比较了不同的样品制备方法以及有添加剂和无添加剂的配方有效性,并进行了射程炮实验。

研究小组发现,在公元1338年和1400年之间,配方中增加了硝石的比例,减少了木炭的数量。这将导致较低的燃烧热量,但对于战场上的中世纪炮手来说,也会更安全。1400年后,炮手们对相对成分进行了更多的调整,稍微减少了硝石,而明显增加了硫磺和木炭,也许是为了在炮手安全和燃烧热量之间找到最佳平衡。很明显,中世纪的枪炮大师至少在某些方面已经对影响火药装填有效功率输出变量有了坚实了解,包括成分的纯度、木炭的品种、颗粒大小和混合方法。

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