【摘 要】本文主要总结了粉末药型罩材料在国内外相关领域的研究现状，详细讨论了单金属和复合金属粉末药型罩对聚能破甲的影响，指出了粉末药型罩存在的问题和发展前景。
【关键词】药型罩；粉末；聚能破甲
0.引言
药型罩材料是聚能效应能量的载体，其性能直接影响着射流质量的优劣。在现代反装甲战争中，如何提高聚能射流的侵彻性能是世界各国竞相研究的课题。解决这一问题的关键在于控制射流或弹丸的长度、形状、质量等，而其中药型罩材料的选择是关键因素之一，合适的药型罩材料可不同程度地改善战斗部的侵彻性能[1]。本文介了近几年国内外药型罩材料的发展与现状，详细介绍了几种金属粉末在药型罩中的应用。
1.单金属粉末药型罩材料
根据侵彻流体动力学理论[2]，金属射流的侵彻深度H可用下式表示：
H=（v■-v■)t■(?籽■/?籽■)■ （1）
式中，v■为射流头部速度；v■为射流尾部速度；t■为射流断裂前持续时间；?籽■为药型罩材料密度；?籽■为目标靶材料密度。
由式（1）可知当药型罩材料的?籽■高、v■大、延展性好时，射流在侵彻之前就能充分拉长而不断裂，此时t■的时间就相对长，最终金属射流的侵彻深度H就随着增大。因此若想药型罩破碎性好，侵彻能力强，我们在选择材料时就要求材料的密度高，声速大，延展性好。常用的粉末药型罩材料有铜粉、钨粉等。
铜粉（Cu)具有密度较大(8.9g/cm3)、熔点适中(1083℃)、声速较高(4.7km/s)、塑性好、有一定的强度等特点，易于形成延展性好、不易断裂、不气化的金属射流，而且价格便宜，所以是制造药型罩的首选材料[5]。国内的铜粉主要有两种形貌的铜粉：枝形粉和球形粉。枝形粉的成形性好，粉末罩结合强度高，但是流动性差，易氧化，并且容易形成杵堵。而球形铜粉价格低，流动性好，保质期长，不易于形成杵堵;但成形性差，压制的粉末罩结合强度低，易破碎。因此在实际生产中可以合理的搭配使用，充分发挥两种粉末各自的优点。李如江[6]等对铜粉末药型罩进行了实验研究。得出孔隙度为11.4%和9.3%的铜粉末药型罩，聚能射流分别在1.1～3.0倍和1.1～2.2倍装药口径的炸高范围内，穿深要比密实的药型罩具有明显的优势。
钨（W）因具有高声速(常温下声速为4.03km/s)、高密度(19.3g/cm3)、高熔点（3400℃）、良好的延展性等优异性能，成为有前景的新型药型罩材料。高声速是获得高连续射流头部速度所必需的，而高的材料密度是提高侵彻威力所必需的。钨是体心立方金属，具有较高的动态性能。根据侵彻流体动力学理论，侵彻能力与材料密度的关系可用平方根定律描述。如果钨射流具有较高的头部速度，就能更有效地对抗反应装甲，缩短贯穿时间。在掠飞攻顶侵彻情况下更希望有尽可能快的射流速度。1996年英国国防研究局研究对比了重金属药型罩的射流性能，发现热压烧结锻造切削成形工艺制造的纯钨药型罩(晶粒直径约15μm)的射流断裂时间为221.5μs，射流长度为881.0mm，性能优于纯铜药型罩(晶粒直径约10μm，射流断裂时间142.0μs，射流长度671.0mm)。
2.多种金属复合粉末药型罩材料
从文献[5]可以看出单金属粉末药型罩的力学性能明显低于多种金属复合粉末罩的力学性能，说明了多种金属复合粉末罩的优越性。常用的复合粉末罩有：钨铜粉末药型罩、钨铜镍复合粉末型罩、钨铜铋复合粉末药型罩等。
钨铜复合材料（W-Cu）是由高熔点、高密度、高硬度、低膨胀系数的钨和高导电、导热率的铜所构成的假合金。由于钨铜不互溶，钨铜复合材料目前多采用粉末冶金方法制备。常规工艺的产品密度低，成分均匀性差，性能很难满足高要求。为改善该材料使用性能，国内外学者多年来对其制备工艺进行了大量研究[6~7]。Janet研究了钨铜药型罩烧结工艺对射流性能的影响，Jackowski研究了铜粉末药型罩再压对射流断裂时间的影响，Seong研究了锻压钨铜药型罩聚能射流的侵彻性能，王凤英[8]、王铁福等通过试验，研究了钨铜射流的侵彻性能。
钨-铜-镍合金粉（W-Cu-Ni）是广泛应用的一种用于制造粉末药型罩材料。该合金药型罩所形成的射流，具有高性能聚能装药射流的两种特性，即高密度和在射流断裂前的高延伸性。王凤英等人对钨-铜-镍合金粉末罩进行了详细的研究，对比研究了钨铜镍罩和紫铜罩的射流变化及破甲深度。从射流形态上看，钨铜镍罩射流粗，边缘不光滑，呈现各种形状的颗粒，但均未断开，而紫铜罩射流断裂颗粒呈蛋形。从破甲穿深看，钨-铜-镍合金粉末的侵彻性能比紫铜罩提高约38%，而且光滑无杵。
钨铜铋复合粉(W-Cu-Bi)是现用石油射孔弹药型罩的主要成分。通常，铜钨射流在形成后，会迅速弥散，形成较差的疏散性射流，这是不利于破甲的。铋粉的熔点较低，不能单独制备药型罩，但是添加铋可使金属射流保持连续性，从而减少杵堵的发生。铋起到射流改善剂的作用。在射流的形成和拉伸阶段，在冲击波作用下，药型罩内的空穴进行绝热压缩，理论估算其瞬时温度远高于铋的熔点（熔点为271.4℃），但这一时间极短，虽然不足以使铋大量气化，但可以使其全部或大部分处于熔融状态，当在粉末药型罩材料中添加适量的铋后，因为射流是处于固液混合态的，其中的液体部分可以利用表面张力约束射流，保持射流的表面光滑和轴对称性，推迟射流断裂的时间。根据侵彻流体动力学理论，加入铋后复合粉末罩的侵彻能力有很大提高。
3.存在的问题及发展前景
粉末药型罩虽然具有传统密实材料所不具有的力学性能，但是也存在一些问题。例如：
（1）如何合理的选择和搭配粉末材料。根据材料的不同性质，若选取搭配的好，可以增加粉末药型罩延展性，提高射流的速度和侵彻能力。在改善药型罩材料性能的同时降低材料的成本。
（2）如何利用先进的制造技术。复合粉中由于各成分的密度、粒度差别较大，在混粉和压制时极易形成成份偏聚，所压制的粉末罩质量分布不均匀而影响使用性能。
（3）粉末药型罩从本质上来说属于多孔材料，孔隙度是影响多孔射流稳定性的一个重要因素。合适的孔隙度可以延长聚能射流的断裂时间，提高射流的稳定性和侵彻能力。
（4）如何提高聚能射流的后效性能。由一些含能物质构成的药型罩所形成的射流在侵彻目标的过程中会发生剧烈的化学反应，发生爆炸，产生二次爆炸效应。
以上存在的问题是粉末药型罩要改进的地方，也是粉末药型罩发展的趋势。
【参考文献】
［１］Alistar Doig.Some Metallurgical Aspects of Shaped Charge Liners[J].Journal of Battlefield Technology,1998,1(1).
［２］Cowan K G,Bourne B,Dobison G.Characterisation of shaped charges containing heavy metal conical liners[C].16th Internation Symposium on Ballistics,1996:623.
［３］A dam Jackowsk i,Edward Wlodarczyk.The influence of repressing liners made from sintered copper on jet format ion [J].Journal of Materials Processing Techno logy,2006,171:21-26.
［４］李如江,沈兆武,刘天生.铜粉末药型罩试验研究[J].工程爆破,2008,14(3):18-22.
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［７］杨明川,宋贞桢,卢柯．W-20％Cu纳米复合粉的制备[J]．金属学报,2004,40(6):639-642．
［８］王凤英,刘天生,苟瑞君等.钨铜镍合金药型罩的研究[J].兵工学报,2001,22(I):112-114．