钨铜药型罩爆炸烧结工艺

在军事工业高度现代化的今天，越来越多的装甲坦克、装甲车都配备了具有极高抗弹能力的反应装甲，这也给相应的反装甲武器带来了更为严峻的挑战。聚能装药技术和精确制导技术的有效结合是现如今使用最为广泛也最为行之有效的反装甲武器。而聚能装药的核心部件就是药型罩，它是聚能效应能量的载体，其性能的优劣直接影响着射流密度、射流速度、连续射流长度、穿深以及破甲性能。从理论上说，要求药型罩具有较高的材料密度、优良的延展性，从而能够保证射流在侵彻前能够被拉长而不发生断裂。传统粉末药型罩的材料包括铜、铁、钽、锡等，但是由于成分单一难以满足如今多样化的性能要求，因而便出现了复合材料药型罩。其将不同性能的金属或合金按药型罩设计复合并发挥出综合优势，相比于单一材料的药型罩，具有更高的能量转换效率、能量利用率、合理的吸收机制、破甲性能优良且成本相对较低，是药型罩发展的新趋势。

多相复合药型罩材料常用的有W-Cu、Ta-Cu、Re-Cu体系，而其中以钨铜W-Cu综合性能最为突出与药型罩的相关性能最为匹配。钨铜合金是由体心立方结构的W和面心立方结构的Cu两种理化性能差别较大的既不互溶又不形成金属间化合物的伪合金。其不但具有W的高硬度、高强度、高密度、低热膨胀系数以及优良的耐磨性，还具有Cu的可塑性以及优良的导电导热性。钨射流具备较高的头部速度，在侵彻装甲时能有效缩短贯穿时间，从而利于对抗反应装甲。但是其质地较脆，粉末粘结性较差，而延展性好的铜粉加入有助于其成型，并使得射流稳定性提高、不易断裂，其综合性能明显高于纯铜药型罩。而钨铜药型罩的性能主要取决于W-Cu混合粉的制备以及烧结工艺。传统工艺中通常采用机械合金化法，将钨粉和铜粉进行高能球磨使得粉体间发生破碎-冷焊-破碎的过程并发生固态反应，从而得到均匀分布的钨铜粉体。但是由于钨粉颗粒存在硬度大、成型性差难压制等问题，在粉末冶金的液压过程中极易形成比重偏析而造成药型罩密度分布不均，使药型罩的整体性能下降。目前，相关研究学者通过细化晶粒等方法对其进行进一步改善。

爆炸粉末烧结技术，又称激波固结或激波压实，其是利用冲击波或爆轰波对粉末绝热压缩瞬间所产生的高温、高压使粉末材料致密化并烧结的一项新型工艺。该工艺的显著特点是由于爆炸烧结是瞬态完成的，因而复合界面几乎不发生扩散。这样一来对于机械合金化工艺所制备的钨铜合金粉体进行爆炸烧结，不仅能够克服钨铜合金的偏析，而且爆炸烧结在瞬间完成，晶粒来不及发生长大，使得晶粒细小、组织成分均匀。实验表明，在爆炸烧结过程中，粉末氧化物会影响压实坯的致密度以及材料的微观结构，这就要求粉末必须充分还原。为了保证材料具有良好的宏观结构，需要对加工工艺参数有较高的要求，包括粉末填充密度、药粉比（炸药与压实粉末质量之比）以及炸药的爆炸速率。若粉末填充密度较小，介质较为疏松，马赫角减小，在爆炸压实过程中极易产生马赫孔；炸药爆炸速率过高，在压实坯中心区域形成马赫反射，材料熔化喷出，产生裂纹和孔洞。因此，药粉比的控制是极为关键的。总的来说，钨铜药型罩爆炸烧结工艺有利于消除成分偏析以及区域密度差，使得钨铜药型罩组织均匀、穿深稳定、破甲侵彻性能得到大幅度改善。

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