藥型罩材料與結(jié)構(gòu)的研究進展

賈夢曄，高永宏，周鵬飛，張 婧，李晨陽，劉迎彬，胡曉艷

(中北大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院， 太原 030051)

1 引言

在幾次著名的世界大戰(zhàn)中，裝甲車發(fā)揮了十分重要的作用，全球第一輛的坦克裝甲車在英國于1918年被研發(fā)出來，并且在1919年9月就被投入于索姆河戰(zhàn)役中，距今已有一百多年的歷史，裝甲防護的技術(shù)不斷的進步，因而，破甲武器也需要隨之不斷地進步。眾所周知，破甲能力的提高，有賴于聚能射流的質(zhì)量與速度的優(yōu)化，而聚能射流的質(zhì)量、形狀、速度的優(yōu)化，離不開藥型罩。所以，為了改良我國的反坦克武器裝備、提升在全球我們國家的軍事地位，研究藥型罩的優(yōu)化對超聚能射流性有著特別深遠的意義。而在民用方面，由于作業(yè)目的和作業(yè)環(huán)境的情況復(fù)雜且多變，對之前技術(shù)的革新已經(jīng)迫在眉睫，想要實現(xiàn)孔徑、穿深可把控型的毀傷單元，就需要對藥型罩進行革新。所以，就對藥型罩材料及結(jié)構(gòu)的發(fā)展進行了總結(jié)與探討。

2 藥型罩發(fā)展?fàn)顩r

2.1 藥型罩結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r

2.1.1 國內(nèi)外型藥罩結(jié)構(gòu)發(fā)展對EFP的影響

EFP(爆炸成型彈丸)的平均速度約為1.5～3 km/s，質(zhì)量可達原裝藥型罩的80%～90%。侵徹深度一般不超過裝藥口徑的1倍。它具有侵徹孔徑大，動能大，氣動性能好，穿透能力強，對爆炸高度無嚴(yán)格要求等特點。 它是摧毀各種輕型裝甲車和艦船密封艙的有力武器，也可用于侵入混凝土等目標(biāo)。

現(xiàn)代艦船的抗爆炸沖擊能力隨著防護技術(shù)的日益發(fā)展，導(dǎo)致常規(guī)藥型罩聚能魚雷戰(zhàn)斗部很難對新型艦艇造成致命毀傷。周方毅等研究了一種雙球缺組合藥型罩的聚能魚雷戰(zhàn)斗部。運用程序ANSYS/LS-DYNA計算得到：圓錐與球缺組合藥型罩聚能裝藥對靶板的破壞直徑是單獨的圓錐或球缺藥型罩聚能裝藥的兩倍。雖然在相同尺寸的條件下圓錐、球缺組合藥型罩聚能戰(zhàn)斗部也能夠擊穿帶含水夾層圓柱殼結(jié)構(gòu)靶板，然而卻不能對加強筋部分造成毀傷，而且形成的射流不穩(wěn)定。因此，雙球缺組合藥型罩較圓錐罩、球缺罩及圓錐球缺組合藥型罩毀傷效果最佳。

圖1 雙球缺組合藥型罩示意圖

英國亨廷有限公司研究出一種爆炸成形彈，當(dāng)戰(zhàn)斗部飛越目標(biāo)時，爆炸成形彈丸(EFP) 對目標(biāo)實施攻擊，該爆炸成形彈具有兩個口部朝向完全相反的球缺形藥型罩；德國應(yīng)用研究公司研究出一種串聯(lián)重金屬雙球缺藥型罩。當(dāng)戰(zhàn)斗部中的裝藥發(fā)生爆炸后，雙球缺藥型罩就會產(chǎn)生一前一后在同一彈個道上飛行的2個彈丸，前一彈丸會攻擊反應(yīng)裝甲，后一彈丸會破壞主裝甲；法國軍械部研究出一種具有變壁厚緊貼雙球缺形藥型罩的戰(zhàn)斗部，在裝藥量相同時，相比于單藥型罩，該型罩產(chǎn)生的爆炸成形彈丸質(zhì)量大，在彈道上時，彈丸的速度下降很小，總體效果很好。

2.1.2 國內(nèi)藥型罩結(jié)構(gòu)發(fā)展對射流的影響

超聚能裝藥形成的超聚能射流頭部最大速度其變化趨勢也與藥型罩的結(jié)構(gòu)有關(guān)。俄羅斯學(xué)者V.F.Minin 等通過數(shù)值模擬分析設(shè)計了不同形狀截頂藥型罩與輔助藥型罩的耦合作用，首次提出了超聚能射流的概念。接著，Minin I.V等把理論運用到試驗中，從而在實踐中證明了超聚能射流的高速、高藥型罩利用率的特點。聚能射流具有高頭部速度(通常超過6 km/s，最高可達12 km/s)和大速度梯度的特點。 形成的侵徹體細而長，并且在與目標(biāo)作用前急劇延伸，因此，對目標(biāo)的穿透孔徑較小，穿透深度較大，一般用于摧毀坦克和其他固體裝甲目標(biāo)。

1) 球錐結(jié)合藥型罩

陳興等在半球形主藥型罩基礎(chǔ)上增加了錐形前驅(qū)罩結(jié)構(gòu)，設(shè)計出一種球錐結(jié)合藥型罩，運用ALE方法，藥型罩材料采用銅，對錐角角度分別為 30°、35°、40°、45°和 50°時進行模擬，研究角度對射流的形狀、速度、射流頭部速度和杵體質(zhì)量的影響，經(jīng)過模擬得出：前驅(qū)射流頭部速度會隨錐角的增大而降低，因此結(jié)合模擬結(jié)果，前驅(qū)罩頂角的錐角最佳范圍為 40°～50°；球錐結(jié)合藥型罩優(yōu)化了孔徑、穿深和射孔體積。

圖2 球錐結(jié)合藥型罩示意圖Fig.2 Spherical cone combined liners

2) 一種新型圓柱-半球結(jié)合藥型罩

為了提高半球形藥型罩的侵徹能力并且保證半球形藥型罩開孔均勻和開孔大的優(yōu)點不變，王慶華等設(shè)計出一種新型圓柱-半球結(jié)合藥型罩，他們運用ANSYS/LS-DYNA對半球形藥型罩、圓柱-半球結(jié)合藥型罩的聚能侵徹體成形的過程及對45號鋼板的侵徹過程進行了數(shù)值模擬。根據(jù)模擬結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裝藥質(zhì)量與結(jié)構(gòu)一致時，圓柱-半球形藥型罩比半球形藥型罩形成的聚能侵徹體頭部速度提升16.67%，對45號鋼板的侵徹能力提升16.82%，基本也保持了開孔大且均勻的特點。

圖3 圓柱-半球結(jié)合藥型罩示意圖Fig.3 Cylindrical-hemisphere-bound liners

3) 柱錐結(jié)合藥型罩

為了優(yōu)化柱錐結(jié)合藥型罩，王佩等使用ANSYS/LS-DYNA對圓柱結(jié)構(gòu)直徑/高度比值為 3/1、3/2、3/3、3/4、3/5、3/6的柱錐結(jié)合藥型罩形成射流的過程進行了模擬，結(jié)合多種參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓柱結(jié)構(gòu)直徑/高度比值為3/3時，該藥型罩形成的射流最穩(wěn)定，與圓柱結(jié)構(gòu)直徑/高度比值為3/1的柱錐結(jié)合藥型罩相比，該藥型罩對45號鋼板的侵徹能力提升約27.5%，而且沒有出現(xiàn)射流頭部堆積和射流過早斷裂的現(xiàn)象，侵徹能力是最強的。

圖4 柱錐結(jié)合藥型罩示意圖

4) 一種喇叭-錐角結(jié)合藥型罩

阮光光，雷偉等對一種喇叭-錐角結(jié)合藥型罩形成射流進行了數(shù)值模擬，為了提高錐角藥型罩裝藥結(jié)構(gòu)的侵徹能力，改變其頂部錐角為喇叭形，研發(fā)了一種新型的喇叭-錐角結(jié)合藥型罩。采用模擬軟件ANSYS/LS-DYNA對喇叭-錐角結(jié)合藥型罩、平頂藥型罩、錐角藥型罩在爆轟波作用下射流的形成以及對45號鋼板的侵徹過程進行數(shù)值模擬，并對3種藥型罩形成的射流參數(shù)如頭部速度、射流斷裂時間等以及對45號鋼板的侵徹性能進行了對比，模擬結(jié)果證明：相同裝藥條件下，喇叭-錐角結(jié)合藥型罩裝藥結(jié)構(gòu)形成的射流頭部速度最高，與錐角藥型罩相比，形成的射流頭部速度提高約 9.54%，與平頂藥型罩相比，形成的射流頭部速度提高約 6.36%；相同裝藥條件下，喇叭-錐角結(jié)合藥型罩裝藥形成的射流拉伸長度最長、拉伸性能最好；對45號鋼板的侵徹深度與平頂藥型罩相比提高約12.25%，與錐角藥型罩相比提高約19.82%。

圖5 一種喇叭-錐角結(jié)合藥型罩示意圖

5) 雙錐藥型罩

為了提高射流在侵徹全過程的破甲效率，陳闖等設(shè)計了一種頂部小錐角、口部大錐角的雙錐藥型罩，在求解藥型罩壓垮速度時，運用PER理論和Gurney公式以及Chanteret公式，并且分析了40°和80°錐角單錐罩和上、下錐角分別為40°、80°雙錐罩的射流形狀以及參數(shù)，根據(jù)模擬結(jié)果分析得出：當(dāng)上錐角從18°增大到34°時，頭部速度基本會降低10.4%，拐點速度會降低25%；雙錐罩的上部分錐高度占整個藥型罩高的比例從30%增加到70%時，射流頭部速度會增加11.8%，拐點速度會降低19.9%；當(dāng)藥型罩高度從125 mm增大到155 mm，頭部速度會增加4.2%，拐點速度會降低11.4%；當(dāng)罩壁的厚度從1.8 mm增加到3.4 mm，頭部速度會降低8.4%，拐點速度會降低18.4%；射流成型吻合較好。

圖6 雙錐藥型罩示意圖

2.2 藥型罩頂部結(jié)構(gòu)發(fā)展對射流的影響

2.2.1 一種新型M形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩

王鳳英等設(shè)計了一種新型M 形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩，是通過在錐角藥型罩結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改變頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計出的，并且分析了射流頭部的形成機理。為了研究爆轟波作用下M形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩射流的形成過程，運用ANSYS/LS-DYNA對45號鋼板的侵徹過程進行了數(shù)值模擬，并與錐角藥型罩、平頂藥型罩形成射流的頭尾部速度、拉伸長度、杵體大小的侵徹能力進行了對比。分析模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，M形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩在爆轟波作用下經(jīng)二次匯聚形成了射流頭部，在裝藥數(shù)據(jù)相同時，該射流的頭部速度相比錐角藥型罩的射流頭部速度提高約9.10%，比平頂藥型罩射流頭部的速度提高約5.56%；該藥型罩侵徹深度比錐角藥型罩提高約10.4%，比平頂藥型罩提高約7.28%。

圖7 M形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩示意圖

2.2.2 V形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩

為提高聚能射流的侵徹能力，安文同等在錐角藥型罩基礎(chǔ)上設(shè)計出V形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩，運用ANSYS/LS-DANY對V形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩射流成型及侵徹進行了模擬，結(jié)合射流的二次噴射現(xiàn)象與錐角藥型罩的侵徹能力進行對比。根據(jù)模擬結(jié)果分析出：V形頂部藥型罩的射流頭部速度相對于錐角罩提升7.2%左右，并且射流無斷裂，延展性良好，生成的柞體較??；V形頂部藥型罩形成的侵徹深度相對于錐角罩提高約16.9%。

圖8 V形頂部結(jié)構(gòu)藥型罩示意圖

2.2.3 截頂M形藥型罩

結(jié)合超高速射流理論，安文同、高永宏等設(shè)計了一種截頂M形藥型罩，運用ANSYS/LS-DANY軟件對截頂M形藥型罩形成射流的過程以及射流侵徹靶板的過程進行模擬研究，根據(jù)模擬結(jié)果分析得出：截頂M形藥型罩的射流頭部速度比原藥型罩結(jié)構(gòu)提升3.57%，射流長度提升3.7 %，抗拉伸性能更好，射流拉伸斷裂時間晚于M形；截頂M形藥型罩形成的侵徹深度比原M形藥型罩增加5.54%，破孔直徑比M形增加25.83%，侵徹能力明顯更好。

圖9 截頂M形藥型罩示意圖

2.3 粉末藥型罩發(fā)展?fàn)顩r

由于粉末具有一定的可壓縮性，在沖擊波壓縮的作用下其溫度會上升，為了提高射流的韌性、延緩射流的斷裂創(chuàng)造了可能性。李惠用電鍍法在銅粉表面均勻的鍍一層鎳。實驗結(jié)果表明:此方法可行且鎳包覆層均勻。電鑄工藝制備的藥型罩相較于傳統(tǒng)制造藥型罩的方法具有其獨特的優(yōu)勢，電鑄藥型罩材料利用率高、組織致密、材質(zhì)純凈。為了使得電鑄層的厚度更加均勻，ParkCW等采取輔助陰極的措施來削弱陰極表面高電流密度區(qū)域。

1) 燒結(jié)粉末藥型罩

Jacek Borkowski等測試了2種類型的燒結(jié)粉末藥型罩：燒結(jié)球形藥型罩和頂角開口的圓錐形藥型罩。實驗發(fā)現(xiàn)，其穿透性能可與由致密(非燒結(jié))銅制成的藥型罩產(chǎn)生的EFP彈丸相媲美。由燒結(jié)球形藥型罩形成的彈丸的獲得的最大侵徹深度為0.7倍藥型罩直徑。顯然，多孔燒結(jié)銅藥型罩具有微晶粒結(jié)構(gòu)，與致密型銅相比， 其機械強度較低。但是，根據(jù)實驗結(jié)果，這個因素對彈丸的動態(tài)形成、高超音速飛行以及對鋼質(zhì)靶板的穿透能力影響都很小。

2) 金屬粉末反應(yīng)藥型罩

Zhang-Dubao等研究燒結(jié)溫度對Ni-Al材料力學(xué)性能和能量密度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，能量在燒結(jié)過程時會發(fā)生一定量轉(zhuǎn)移，如果把另外的金屬添加到Ni-Al中時，SICR特性將會顯示出增加或降低。Xiong-Wei等分析了Cu/PTFE對Ni-Al復(fù)合材料的能量釋放特性以及SICR行為的影響。經(jīng)過分析試驗結(jié)果以及對理論進行研究發(fā)現(xiàn)，在沖擊條件不變時，銅會使反應(yīng)效率變低以及會升高引發(fā)SICR的臨界沖擊壓力。

Sun-Miao等對Ni-Al和Cu-Ni-Al反應(yīng)藥型罩的反應(yīng)性及侵徹性能進行了研究，通過分析實驗殘留射流中鐵的百分比與目標(biāo)相互作用的強度結(jié)合。為了提高其破壞能力，考慮可以將動能與化學(xué)反應(yīng)能結(jié)合起來。最終經(jīng)過模擬和實驗研究得出的主要結(jié)論如下：利用免燒結(jié)的粉末冶金技術(shù)制備了Ni-Al和Cu-Ni-Al反應(yīng)藥型罩，經(jīng)過靜破甲實驗的結(jié)果分析得出，Cu-Ni-Al反應(yīng)藥型罩的穿深比Ni-Al反應(yīng)藥型罩增加了42%；在實驗未穿靶時，通過分析靶板內(nèi)的殘余射流區(qū)的能譜掃描結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氧元素含量很低，這就說明Ni-Al和Cu-Ni-Al的反應(yīng)射流都是以金屬間化合的反應(yīng)為主；最后通過對靶板微觀組織觀察、能譜掃描和顯微硬度分析，證明Cu在2個方面增強了Ni-Al反應(yīng)材料的侵徹性能。

2.4 輔助藥型罩

為了使得聚能射流的侵徹能力更高。最近這幾年，科研人員們在裝藥結(jié)構(gòu)、藥型罩材料成分的配比和添加含能材料等的方面深入研究，研制出的聚能裝藥戰(zhàn)斗部侵徹能力更強。

為了研究輔助藥型罩材料對線型聚射流性能的影響，孫建軍等以紫銅為主體藥型罩，A1、Cu和W作為輔助藥型罩運用LS-DYNA對形成的線型聚能射流進行了數(shù)值仿真，并和傳統(tǒng)的線型聚能射流進行對比分析。模擬結(jié)果證明：當(dāng)W作為輔助藥型罩材料時，形成的線型聚能射流的速度較傳統(tǒng)的楔形罩結(jié)構(gòu)提高約25.9%，射流的有效長度增加約145%。

吉元峰等運用Autodyn-2D對不同材料的輔助藥型罩的侵徹過程通過研究發(fā)現(xiàn)，輔助藥型罩材料為鋼和紫銅時，其穿深效果最好。

3 藥型罩材料研究

經(jīng)過模擬研究以及試驗論證，射流的侵徹性能與藥型罩材料的一些性能，如材料的聲速、密度和塑性等有著密不可分的關(guān)系。而且，總的侵徹深度與射流密度和靶密度之比的平方根呈現(xiàn)出正比的關(guān)系。因此，藥型罩的材料密度越高，侵徹深度就會隨之越深。所以，選擇藥型罩材料時，材料的聲速、密度和塑性可作為重要的參考指標(biāo)。

3.1 單金屬性能

錐形藥型罩基本上使用的材料是純銅。主要是因為，純銅具有優(yōu)良的綜合性能，它的塑性很好，聲速(4.7 km/s) 和密度(8.9 g/cm) 也比較高，射流的延性良好。

鎢在常溫常壓下十分脆，但是，鎢的密度(19.25 g/cm)和聲速(5.2 km/s)都十分高，并且鎢制成的藥型罩射流延性良好。因此是不錯的藥型罩備選材料之一。

鉬具有高聲速(6.4 km/s)和高密度(10.2 g/cm)，是形成高頭部速度、高侵徹威力射流的一種藥型罩侯選材料。鉬罩相較于傳統(tǒng)的銅罩，生成的射流直徑大，侵徹深度能夠提高30%。依據(jù)相關(guān)的報道，美國的海爾法導(dǎo)彈串聯(lián)戰(zhàn)斗部采用了鉬罩作前驅(qū)罩，奧地利在主裝藥中采用了鉬藥型罩。美國陸軍武器研究、發(fā)展和工程中心制成的鉬藥型罩，試驗研究了其機械性能和形成的射流。試驗后表明，射流的延性極好，可與銅罩形成的射流相比。

鎳Ni與銅相比聲速較高，鎳藥型罩射流的速度大約比銅高15%，其頭部速度為11 400 m/s。目前，美國的海爾法導(dǎo)彈串聯(lián)戰(zhàn)斗部的主裝藥使用的是電鑄鎳藥型罩。

鋁密的度較低，是一種輕質(zhì)材料，具有高聲速(5.32 km/s)和良好的延展性，美國的AT4火箭筒發(fā)射空心裝藥破甲彈，采用的是鋁或銅鋁復(fù)合藥型罩。破甲后能在車體內(nèi)產(chǎn)生峰值高壓、高熱和大范圍的殺傷破片，并伴有致盲性強光和燃燒作用。

鉭的密度幾乎是銅的2倍(16.654 g/cm)，并且高熔很高，具有良好的延展性與抗腐蝕性，樊雪飛等經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)，與紫銅藥型罩相比，鉭藥型罩的侵徹深度提高了約55.4%。由于其優(yōu)越的性能，在國外已被運用到聚能戰(zhàn)斗部中，如SMART(德國研發(fā))、SADARM(美國研發(fā))和BONUS(瑞典研發(fā))等末敏彈彈藥。

貧鈾是核工藝生產(chǎn)中的副產(chǎn)品。具有高密度(19.1 g/cm)、高硬度和高韌性的特點，貧鈾能大幅提升穿甲強度，在聚能金屬藥型罩的選材上具有很好的前景。Explosives等在聚能裝藥中使用貧化鈾(DU)作為藥型罩的情況上做了進一步的調(diào)查，他們發(fā)現(xiàn)，把高能炸藥壓在貧鈾藥型罩上，留下一個圓錐形的空腔，頂端在炸藥內(nèi)部。當(dāng)聚能裝藥點火時，爆炸材料中的爆震波將藥型罩推向中軸線，也會遠離頂部，從頂部開始，一直持續(xù)到藥型罩的底部。貧鈾本身就變成了高速的物質(zhì)射流。這種射流可以刺穿裝甲鋼，也可以刺穿混凝土或巖石，如花崗巖或砂巖。Rongzheng Xu等運用 AUTODYN的數(shù)值方法來研究貧鈾聚能裝藥藥型罩的性能。通過調(diào)整不同的參數(shù)，優(yōu)化了用于成品聚能裝藥貧鈾藥型罩的性能，并通過相關(guān)試驗驗證了該優(yōu)化藥型罩的性能。此外，根據(jù)優(yōu)化計算模型和結(jié)構(gòu)研究，提出了一種新的聚能裝藥結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是實現(xiàn)8個裝藥直徑的侵徹深度。

3.2 合金藥型罩

近些年，為了找到更高性能的藥型罩新型材料，國內(nèi)外都在研制高性能合金藥型罩，包括鎳合金、Re-Cu、鎢-銅、W-Ni-Fe以及超塑合金等。鎢-銅合金密度很高，因此，能提高射流對均質(zhì)鋼靶板的侵徹性能。然而鎢與銅無法相互溶解，常規(guī)工藝難以制造出藥型罩，限制了發(fā)展。W-Ni-Fe合金藥型罩能形成高速延性射流，雖然穿深較低但破孔孔徑大。

根據(jù)試驗結(jié)果，隨著鎢含量的增加，W-Al-PTFE材料的反應(yīng)閾值、應(yīng)變率和比能量閾值都會增加。雖然鎢加強了某些力學(xué)性能，但是Zhao-Ziying等認(rèn)為鎢降低了材料的反應(yīng)性和總能量，所以為了改進，給W-Al-PTFE材料適當(dāng)?shù)募尤腈V。研究發(fā)現(xiàn)加入適當(dāng)?shù)逆V會增強材料的能量密度，提高了該反應(yīng)的反應(yīng)速率和程度，在試驗時發(fā)現(xiàn)增加了更多的毀傷坑。

為了研究破片的毀傷效果和力學(xué)性能，Jin C等對起爆后的鎳-鋁-鎢反應(yīng)回收，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，沖擊導(dǎo)致破片硬化，所以鎳-鋁-鎢破片沒有碎裂，然而鎳-鋁-鎢破片造成的孔徑是鐵破片的3倍。

龔柏林等對貧鈾-鈮合金藥型罩進行研究，發(fā)現(xiàn)鈾合金藥型罩形成的射流最高侵深較紫銅材料的平均侵徹深度提高33.4%，貧鈾合金半球形藥型罩的破甲深度可達藥型罩最大直徑的9～10倍，而常規(guī)圓錐形銅藥型罩的破甲深度約為藥型罩最大直徑的7倍。當(dāng)貧鈾合金制成的穿甲彈穿透裝甲車輛等硬目標(biāo)后，貧鈾合金會碎成粉末并與空氣接觸后劇烈燃燒，殺傷內(nèi)部乘員，破壞內(nèi)部設(shè)備。

鈦合金聚能裝藥藥型罩形成的射流與傳統(tǒng)紫銅藥型罩形成的射流，在侵徹深度基本一致時，開孔孔徑提高約20%，在孔徑基本一致時，鈦合金聚能裝藥藥型罩射流的侵徹深度明顯高于傳統(tǒng)紫銅藥型罩的侵徹深度。鈦合金藥型罩射流基本連續(xù)、準(zhǔn)直，可形成有效的聚能殺傷元，具有很好的應(yīng)用前景。

綜合考慮射流侵徹深度和直徑的性能，F(xiàn)e-Al-Bi合金聚能裝藥藥型罩最佳合金配比為36Fe-54Al-10Bi(wt.%)，在該配比下，與傳統(tǒng)的單金屬聚能裝藥藥型罩相比，F(xiàn)e-Al-Bi合金聚能裝藥藥型罩射流不再是細長射流，而是形成了高溫高壓區(qū)域，這有利于提高超臨界射流的侵徹性能，聚能裝藥藥型罩在穿透后沒有棒塞殘留，穿透通道不堵塞，高能粒子射流與靶體發(fā)生反應(yīng)后不會產(chǎn)生彈狀物。因此，F(xiàn)e-Al-Bi合金聚能裝藥藥型罩具有更好的侵徹性能。

W-Cu-Zr非晶合金材料擁有高強度、高硬度、高延展性、優(yōu)異軟磁性、高耐蝕性及優(yōu)異的電性能、抗輻照能力等性能等特性。W-Cu-Zr非晶合金材料做藥型罩材料可以提高射流的動能，增加射流長度，形成的射流不易斷裂，提高了藥型罩的侵徹威力，是各方面性能都很好的藥型罩材料之一。

合金藥型罩的缺點是合金的密度均勻性較差，射流不穩(wěn)定。為了產(chǎn)生出理想射流，法國研究出具有超塑性細晶合金藥型罩材料為鋅-鋁、銅-鋅。然而ZHAO Ziying等研究發(fā)現(xiàn)，射流對靶板強度非常敏感，所以很難用于實際中。

3.3 活性材料藥型罩

活性金屬材料是2種或2種以上的金屬，受強烈的外部條件(如沖擊或熱)的刺激，在固體或液體狀態(tài)下相互擴散，形成一類有序化合物。原子比一般符合一個固定的比例，在形成過程中釋放大量的熱量。 一些金屬甚至可以發(fā)展自蔓延反應(yīng)行為。其中比較典型的是Mo-Si，W-Zr，Al-Ni，Al-Fe等，由于活性金屬間體系材料的密度和強度普遍高于氟基材料，近年來發(fā)展迅速。此外反應(yīng)結(jié)構(gòu)材料的類型還有金屬硼化物，如B-Ti，B-Zr；金屬碳化物和氫化物的系統(tǒng)。

Hastings D L等設(shè)計了一種相當(dāng)于鋼密度的W-Ti-B三元適形材料，通過改變球磨混粉的順序，設(shè)計了3種混合粉末。結(jié)果表明W-B粉末混合后再加入Ti粉可以減少金屬間化合物的預(yù)先形成，反應(yīng)時速率更快，并且發(fā)現(xiàn)能量的實驗值高于理論值，因此認(rèn)為W粉在金屬間反應(yīng)的影響下也參與了燃燒過程。

Wu-Jiaxiang等通過改變鋁顆粒的尺寸，分析其對Al-PTFE反應(yīng)材料力學(xué)性能和反應(yīng)性的影響。結(jié)果表明，Al-PTFE的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮強度隨鋁顆粒尺寸的增大而減??；峰值出現(xiàn)在韌性為鋁顆粒的6～7 μm處。

Baker E L等研究了含鋁Al反應(yīng)材料制成的反應(yīng)藥型罩的毀傷，制備了厭氧、氧平衡、富氧及對照組無氧(Al 1100)四種類型的藥型罩，并對美軍標(biāo)混凝土靶進行了靜破甲實驗。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)藥型罩造成的毀傷效果優(yōu)于相同結(jié)構(gòu)的鋁藥型罩，同一炸高時，氧平衡組對混凝土靶板造成的孔徑最大，當(dāng)爆炸高度為裝藥直徑的1倍時損傷最嚴(yán)重，可實現(xiàn)混凝土等目標(biāo)的大孔侵徹和深孔毀傷。

Xiao-Jianguang等對35 MPa強度混凝土和其他大目標(biāo)板進行了Al/PTFE(26.5/73.5wt)反應(yīng)藥型罩破甲實驗。隨著炸高的變化，侵徹后能量釋放的位置也發(fā)生變化，能量釋放的表達方式也不同。認(rèn)為反應(yīng)藥型罩反應(yīng)時存在自延遲時間，破甲效果受自延遲時間的影響。

4 藥型罩有待解決的問題與展望

4.1 藥型罩有待解決的問題

藥型罩結(jié)構(gòu)有待解決的問題：

1) 由于球形藥型罩體積偏大，導(dǎo)致球形藥型罩質(zhì)量偏大，如何改善這一問題。

2) 藥型罩結(jié)構(gòu)單一注重侵徹深度或單一注重孔徑，如何讓射流保持侵徹深度的情況下，同時可以擴大孔徑。

3) 由于截頂藥型罩由于結(jié)構(gòu)特殊，如何把截頂藥型罩廣泛運用到實際中來。

4) 如何把藥型罩的壁厚差嚴(yán)格控制在毫米以內(nèi)，特別是藥型罩頂部的壁厚差。

5) 藥型罩結(jié)構(gòu)各個尺寸比例對射流性能的影響較大，如圓錐藥型罩的高度、藥型罩壁厚、錐角；球缺藥型罩的曲率半徑；因此需要確定組合藥型罩的各部分最優(yōu)比例。

藥型罩材料有待解決的問題：

1) 藥型罩材料基礎(chǔ)機理方面的微觀研究不足。

2) 各種金屬不能互相溶解，例如W與Cu，難以用常規(guī)工藝制造。

3) 超塑合金，這些材料的射流對靶板強度敏感而缺乏實用性。需要解決的問題是精密制粉和精密粉末冶金技術(shù)，目標(biāo)是使材料微區(qū)密度均勻，沒有缺陷，并且可獲得高致密度。

4) 如何通過改進加工技術(shù)，以實現(xiàn)多種稀有金屬及其合金藥型罩材料的大規(guī)模實用。

4.2 課題未來研究方向

1) 通過改變形狀頂部結(jié)構(gòu)藥型罩形成的射流的侵徹深度與侵徹能力更，延展性更好且杵體小。

2) 進一步探索新型結(jié)構(gòu)，如雙層藥型罩，多層藥型罩，以及變錐角藥型罩和變壁厚藥型罩。

3) 除傳統(tǒng)的銅藥型罩材料和常見的合金外，要逐步研究多種金屬材料，以及更多種合金的可能性。

4)粉末藥型罩是否可以在保持性能基本不下降的情況下通過使用更普通更便宜的金屬粉末來替代Ni，W等昂貴的金屬粉末，以達到粉末藥型罩的普及。

5) 未來除了研究高密度的藥型罩材料的同時，還應(yīng)該研究具有特殊性能的藥型罩材料，以適當(dāng)降低射流頭部速度，減小射流前部的能量，增大射流后部的質(zhì)量和能量，滿足攻擊特種非均質(zhì)裝甲的要求。

6) 研究新型加工技術(shù)，從而改善材料的組織和降低材料的成本，以實現(xiàn)鉬，鉭，鎢及其合金和貧鈾合金等藥型罩材料的大規(guī)模實用。

7) 由于非晶合金結(jié)構(gòu)上不存在缺陷，沒有晶體材料的位錯和晶界，具有晶態(tài)金屬難以達到的高強度、高硬度、高延展性、優(yōu)異軟磁性、高耐蝕性及優(yōu)異的電性能、抗輻照能力等性能，因此，該結(jié)構(gòu)更多合金的種類，依舊是未來研究的重點。

5 結(jié)論

藥型罩是形成聚能射流或EFP的主體，因此對于聚能射流或EFP的毀傷效果來說，藥型罩是最重要的一個影響因素，而藥型罩的結(jié)構(gòu)(如：錐角、壁厚、曲率半徑、母線長度以及組合藥型罩的結(jié)構(gòu)比例等)、材料(如：塑性、密度、聲速、可壓縮性、延展性等)以及質(zhì)量等諸多因素，這些因素都會提高聚能射流的侵徹性能或EFP的后效毀傷能力。因此，我們在對藥型罩做出選擇時，一定要全面考慮，研發(fā)新型藥型罩時，一定要做好優(yōu)化設(shè)計。對于高效的聚能效應(yīng)戰(zhàn)斗部，藥型罩的發(fā)展重點是新型的結(jié)構(gòu)與新型的材料以及新型的加工技術(shù)。