Materiały pirotechniczne są substancją lub mieszaniną substancji zaprojektowanych w celu wytworzenia efektu przez ciepło, światło, dźwięk, gaz/dym lub ich kombinację, w wyniku niedetonacyjnych samowystarczalnych reakcji egzotermicznych. Substancje pirotechniczne nie polegają na tlenie ze źródeł zewnętrznych. Specyficzne efekty wytwarzane przez mieszanki pirotechniczne są wykorzystywane zarówno w dziedzinie cywilnej, jak i obronnej.

Materiały pirotechniczne muszą zawierać co najmniej jeden utleniacz (utleniacz i akceptor elektronów) oraz jedno paliwo (reduktor i donor elektronów). Ponadto materiały pirotechniczne najczęściej zawierają inne składniki, takie jak pomocnicze utleniacze i paliwa, środki pomocnicze w reakcji, flegmatyzatory, modyfikatory szybkości spalania oraz składniki dające określone efekty. Ciche fajerwerki nie są w tym przypadku wyjątkiem.

Składniki preparatów pirotechnicznych:

Paliwo – Magnez, tytan, cyrkon, cynk, bor, aluminium, antymon, węgiel drzewny, krzem, fosfor, siarka, polimery węglowodorowe, węglowodany. Stanowią 5-60% masy mieszaniny.
Utleniacz – Azotany, chlorany, nadchlorany, dinitramidy, nadtlenki, siarczany, chlor i związki fluoru. Stanowią 40-75% masy.
Środki barwiące – Związki sodu, metali ziem alkalicznych (Ca, Sr, Ba), Mo, Cu, Sm, Yb, Eu, Tm. Ich zawartość to 0-15% masy. Więcej o środkach barwiących znajdziesz w artykule o substancjach barwiących w pirotechnice.
Źródło halogenowe – PVC, chlorowana parafina, heksachloroetan. Stanowią 0-15% masy.
Modyfikator szybkości spalania – CuO, Fe2O3, sadza, grafit. Zawartość wacha się w przedziale 0-5% masy.
Wzmacniacz powierzchni spalania – Grafit ekspandowany, związki pęczniejące. Tak samo, jak powyżej wacha się między 0-5% masy.
Źródło aerozolu – Czerwony fosfor, chlorek amonu, chloroacetofenon (CN). Zawartość 0-65% masy.
Wspomaganie tarcia oraz środek flegmatyzujący – Proszek szklany, węglik krzemu, siarczek antymonu Stearynian cynku, PTFE, azotek boru. Dodatek w ilości 0-5% masy.
Spoiwo – Guma arabska, poliakrylany, polioctan winylu. Stanowią dodatek w ilości 0-15% masy.
polichloropren, poliwinylobutyral itp.
Przewodnictwo cieplna – Włókna węglowe, proszek miedzi, nanodiamenty. Zawartość 0-5% masy.

Materiały pirotechniczne nie wymagają do spalania tlenu atmosferycznego, jednak otoczenie (atmosfera na dużych wysokościach i na małych wysokościach, woda morska, próżnia w otwartej przestrzeni itp.) zawsze wpływa na proces spalania. Wpływa to na szybkość i stopień uwalniania energii oraz jakość i zakres pożądanego efektu. Bilans tlenowy kompozycji pirotechnicznych może się znacznie różnić. Bilans tlenowy materiałów pirotechnicznych można podzielić na negatywny, neutralny oraz pozytywny.
Przykładem negatywnego bilansu będą kompozycje oświetlające i sygnalizacyjne zawierające magnez oraz dymi na bazie czerwonego fosforu. Do neutralnych można zaliczyć termit, czarny proch oraz propelenty do rakiet. Przykładem pozytywnego bilansu są generatory tlenu oraz stroboskopy.

Kryteria, jakie muszą spełniać materiały pirotechniczne.

Mieszanki pirotechniczne muszą spełniać określone kryteria, aby mogły zostać wytworzone,
sprawdzone i używane:
-Zarówno składniki, jak i produkty reakcji muszą być bezpieczne pod względem higieny pracy i toksyczności dla środowiska.
– Składniki preparatów pirotechnicznych muszą być kompatybilne
– Składniki powinny być dostępne na rynku w wystarczającej ilości oraz jakości pozwalającej na łatwe użytkowanie.

Preparaty pirotechniczne
-powinny być możliwe do wytworzenia przy minimalnej złożoności technicznej, aby z jednej strony zapewnić niskie koszty produkcji, a z drugiej strony uniknąć wad produktu wynikających z niewłaściwej obsługi
– muszą być bezpieczne w produkcji, przechowywaniu i użytkowaniu
-musi wytrzymywać warunki środowiskowe podczas przechowywania, szczególnie w innych strefach klimatycznych
– nie może stać się niezdatny do użytku, w wyniku przechowywania w różnych warunkach wynikających z klimatu i nie może przez to ulec zmianie pod względem swoich właściwości fizycznych oraz chemicznych.

Choć szczególnie w ostatnich dziesięcioleciach nastąpił duży postęp w innych obszarach technologicznych, nie ma jeszcze dobrych alternatyw dla wielu kompozycji pirotechnicznych i zawierających je wyrobów. Takimi wyrobami są miedzy innymi petardy, fontanny lub dobrze wszystkim znane wyrzutnie fajerwerków, stosowane powszechnie w pokazach fajerwerków na weselach. Wynika to z ogólnie korzystnych właściwości materiałów pirotechnicznych, które wchodzą w ich skład. Takimi właściwościami są:
wysoka grawimetryczna i objętościowa gęstość energii, długa żywotność i wysoka niezawodność, niska energia wyzwalania i tania produkcja.