Reactions of powdered silicon with some pyrotechnic oxidants

Thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC) have been used to examine the thermal behaviour, in N₂ and in air, of the Si/Sb₂O₃, Si/KNO₃, Si/Fe₂O₃ and Si/SnO₂ pyrotechnic systems, in relation to the behaviour of the individual constituents.TG curves for Si powder, heated alone in air, showed that limited oxidation of Si occurred above 700°. In N₂, Sb₂O₃ sublimed completely between 500 and 900° and, in air, sublimation was accompanied by oxidation to Sb₂O₄. The Sb₂O₄ decomposed at higher temperatures. DSC curves for KNO₃ heated in N₂ showed the usual crystalline transition and melting endotherms followed by endothermic decomposition between 400 and 950°. DSC and TG curves of SnO₂and Fe₂O₃ revealed no thermal events when samples were heated to 1000° in either N₂ or air.For the Si/Sb₂O₃ system, the oxidation of Si by Sb₂O₃ between 590 and 700°, was complicated by sublimation of Sb₂O₃ in N₂ and also by the oxidation of Sb₂O₃ in air. No thermal events were observed for the Si/SnO₂and Si/Fe₂O₃ systems when heated under a variety of conditions in either N2 or in air, although these systems do sustain combustion on suitable ignition. In the Si/KNO₃ system, oxidation of Si occurs in a KNO₃ melt at temperatures above 560° in nitrogen and in air.

---

Zusammenfassung Mittels TG und DSC wurde das thermische Verhalten der pyrotechnischen Systeme Si/Sb₂O₃, Si/KNO₃, Si/Fe₂O₃ und Si/SnO₂in N₂ und in Luft im Vergleich zum Verhalten der einzelnen Komponenten untersucht.TG-Aufnahmen über das Erhitzen von Si-Pulver in Luft zeigten eine begrenzte Oxidation von Silizium oberhalb 700°C. Sb₂O₃ sublimiert in Stickstoff vollständig zwischen 500 und 900°C, in Luft wird die Sublimation durch Oxidation zu Sb₂O₄ begleitet. Sb₂O₄ zersetzt sich bei höheren Temperaturen. DSC-Aufnahmen für KNO₃ in N₂ zeigen die gewohnten Umwandlungs- und Schmelzendothermen, gefolgt von einer endothermen Zersetzung zwischen 400 und 950°C. Die DSC- und TG-Kurven für SnO₂und Fe₂O₃ zeigen bei Erhitzen bis 1000°C weder in N₂ noch in Luft den Verlauf thermische Prozesse an.Bei dem System Si/Sb₂O₃ spielt sich neben der Oxidation von Si durch Sb₂O₃ zwischen 590 und 700°C auch eine Sublimation von Sb₂O₃ in N₂ sowie eine Oxidation von Sb₂O₃ in Luft ab. Für die Systeme Si/SnO₂und Si/Fe₂O₃ konnten durch Erhitzen unter einer Reihe von Bedingungen weder in Luft noch in N₂ Thermoprozesse nachgewiesen werden, obwohl diese Systeme nach geeigneter Zündung den Brennvorgang aufrechterhalten. Im System Si/KNO₃ erfolgt sowohl in N₂ als auch in Luft oberhalb 560°C die Oxidation von Si in der KNO₃-Schmelze.

---

---

Dedicated to Professor Dr. H. J. Seifert on the occasion of his 60^th birthday