钨的用途有哪些？（232）-钨制品在弹头弹药制造中的应用有哪些？（202）
24.6 当代穿甲弹芯的主要种类是那些？
穿甲弹芯的主要种类
弹芯是穿甲弹的核心结构，目前应用较广泛的弹芯材料主要是钨合金和贫铀合金。钨合金在侵彻过程容易发生头部“敦粗”而导致侵彻阻力增大，其穿甲威力一般只有贫铀合金的 85%。而贫铀合金的缺点更突出，具有重金属放射性和毒性，对使用人员和环境的危害性、污染性很大。所以各国对穿甲弹芯的研究集中在提高钨合金的侵彻能力和发展性能比肩甚至超过贫铀合金的新穿甲材料上，非晶基体钨丝复合材料便是其中的重点发展方向。
Zr基非晶合金的强度高、韧性好，而且还具有剪切敏感性，即自锐性。在侵彻过程中头部能够保持尖锐，从而减小阻力以增大穿甲深度，但其密度很小，仅有6.5g/cm3左右，这决定了Zr基非晶合金不能直接用作弹芯材料。由表1可知，钨丝/Zr基非晶合金复合材料的密度可以达到17.0g/cm3，与钨合金和贫铀合金相当，而且强度、延展率要高于钨合金和贫铀合金，可以认为钨丝/Zr基非晶合金复合材料的密度和力学性能已经能够满足穿甲弹芯材料的要求。
除了密度高、力学性能好，钨丝/Zr基非晶合金复合材料同样具有自锐性，而且受到穿甲弹芯的长径比和着靶速度的影响。由此可见，采用钨丝/Zr基非晶合金复合材料制备的穿甲弹芯在高低速下都具有良好的自锐性。针对上述小长径比的穿甲弹芯易劈裂的现象，杜忠华采用护套和分段结构，有效地解决了这一问题，而且还提高了弹芯的侵彻能力。
钨合金弹芯的“敦粗”和复合材料弹芯的“自锐”
数值模拟是研究侵彻过程的另一重要手段。描述钨丝/Zr基非晶合金的本构模型经历了从整体均质材料模型到钨丝和Zr基非晶合金分别赋予材料模型的转变，仿真结果更加准确，但复合材料中的钨丝是各向异性材料，而目前使用的Johnson-Cook模型描述的是各向同性材料，用于描述钨丝并不准确，所以钨丝的本构模型需进一步探索。从目前来看，钨丝/Zr基非晶合金复合材料展现了优良的性能，将很可能替代钨合金和贫铀合金，成为新一代穿甲材料。
含能破片有哪些种类？
含能破片的概念最早在1976年由Hugh在其专利中提出。传统的钢、钨合金等惰性破片对目标的作用属于“硬碰硬”模式，纯依靠动能侵彻毁伤，而含能破片对目标的作用是侵爆联合毁伤。急剧释放的化学能不仅增强了破片的径向毁伤能力，而且可以引燃、引爆壳体后的易燃易爆物，具有较好的后效毁伤能力，是实现弹药高效毁伤的重要途径。
目前含能破片中受到广泛研究、技术成熟度较高的主要是氟聚物+金属复合材料破片和活性金属合金破片，尽管Zr基非晶合金在含能破片上的应用研究开展较晚，但表现出了优异的性能。表2中的能量密度是指含能破片在高速冲击条件下（Al/PTFE为910m/s，Al/Ni/W为 1176m/s，其余为1300~1450m/s）单位质量或体积所放出的能量。
不同类型含能破片的性能参数
上表可知，以Al/PTFE、Al/Ni/PTFE为代表的氟聚物+金属复合材料含能破片的能量密度很高，但密度小、压缩强度低预示着其侵彻能力较差，难以穿透目标的防护壳体，更发挥不出应有的后效毁伤威力。研究人员采用真空浸渗法制备W骨架/Zr基非晶合金复合材料，密度达到了14.28g/cm3，压缩强度为1916 MPa，远高于其他含能破片。而且侵彻能力强，对10.5mm均质装甲钢的临界侵彻速度为 973m/s，图2是高速摄影拍摄的破片侵彻装甲钢靶板整个过程的释能情况。
破片侵彻装甲钢靶板的高速摄影图像
由图可知，W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片在侵彻装甲靶板时发生了类爆炸释能反应。从撞靶瞬间到穿透靶板整个过程，破片的释能愈加剧烈，从图2（c）、（d）中靶前靶后明亮的闪光、四溅的火花可以看出破片具有较好的释能和后效毁伤能力。从表2数据来看，由于添加了大量钨作为增强体，W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片中的含能材料相对减少，单位质量的能量密度仅有0.88kJ/g，但是较高的密度使得其单位体积的能量密度达到12.57 kJ/cm3，与其他含能材料相差不大。而且实际上战斗部预留破片的空间是有限的，所以侵彻能力强、单位体积能量密度高的W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片在预制破片战斗部上将会有很好的应用前景。
含能药型罩有哪些种类？
药型罩在炸药爆轰产物的驱动下形成能量密度极高的金属射流，侵彻能力强，穿甲深度大，是当前反装甲最有效的毁伤元之一。从铜到钼、钨、钽等，药型罩的材料一直是提升破甲战斗部毁伤效能的重要途径。国内重点对 Al/PTFE含能药型罩开展了研究。
药型罩材料要求具有高密度、高声速、塑性好的特性，这样形成的射流才能延展性好、密度大、高速连贯、毁伤能力强。美国陆军研究实验室武器和材料研究中心开展了 Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5非晶合金药型罩的成型和侵彻实验，捕捉的射流如图3所示。射流从右向左飞行，从放大图可以看到射流有很多空隙，呈现出逐渐飞散的状态。这种飞散特性说明Zr基非晶合金药型罩更加适用于小炸高侵彻，这与文献对Al/PTFE含能药型罩的仿真结论相同。Zr基非晶合金射流的侵彻试验显示在大炸高下，射流对钢板的毁伤呈现出多凹坑的状态，最深侵彻深度只有19mm，而炸高较小时，射流对装甲钢的侵彻深度可以达到254.2 mm，穿孔直径为57mm，侵彻能力大幅增大，有关射流的释能情况，研究人员没有关注。
X射线仪器拍摄的Zr基非晶合金射流
国内中科院金属所、陆军工程大学采用液态近净形压铸充型技术制备了高精密的Zr基非晶合金药型罩，并开展了侵彻性能实验。图4是直径45.8mm的ZrCuNiAlAg非晶合金药型罩对 45#钢的毁伤效果，入口孔径为25mm，侵彻深度为110mm，在开孔放大处可以看到钢靶被烧蚀变黑的痕迹，这说明射流在侵彻过程中释放了能量。含能材料形成的射流由于释能反应，其侵彻能力稍弱于金属射流，但含能射流的內爆释能可以造成装甲爆裂毁伤，对轻型装甲车辆、舰船等的精密仪器、油箱、弹药具有比惰性射流更好的后效毁伤能力。
Zr基非晶合金射流侵彻钢板时的释能
摘自 非晶中国：《Zr基非晶合金毁伤研究进展》
https://www.sohu.com/a/342933287_686896
（关于钨制品在军事和武器方面的应用知识介绍文章的特别声明 ）
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