一种钨铜药型罩材料制造方法与流程

本发明涉及军用破甲领域，特别涉及一种钨铜药型罩材料制造方法。

背景技术：

1、药型罩是破甲弹的关键部件，爆炸后形成的金属射流在侵彻靶板后，形成飞溅，对装甲车的人员进行二次杀伤，或者引爆弹药仓和油料库。药型罩结构、材料以及加工方法等直接影响射流的性态，从而影响到破甲效应。在众多因素中，药型罩材料起关键性作用。

2、目前破甲弹药型罩材料主要是紫铜，随着坦克等装甲防护水平的提高，迫切需要研制出新型药型罩材料，使破甲弹具有更深的侵彻能力和更强的毁伤效果。

3、破甲弹属于动能弹，药型罩材料密度越高，破甲弹侵彻深度越深，这已在钢药型罩和铝药型罩与紫铜药型罩的靶场实验对比中得到了验证。目前，人们研究了许多材料，包括钽、钼、钨、铼、金等单金属，还研究了贫铀合金，w-cu(伪合金)，ta-cu、ta-w、re-cu等合金药型罩材料。但多数工作在研究阶段，仅有个别材料得到应用，如坦克装备的三级串联破甲弹药型罩材料即为贫铀合金，但因其具有环境污染性被限制使用。

4、钨元素密度高，价格低，且能提高金属射流长度，因此钨铜材料成为新型药型罩比较理想的候选材料。美国、法国等对w-cu药型罩材料研究结果表明，在3倍口径炸高条件下，其破甲深度可比纯铜药型罩提高30％左右。

5、目前，钨铜合金由于钨、铜元素之间的不互溶性，不能将钨粉、铜粉混合，然后成形，烧结这种常用的粉末冶金方法生产。而是采用一种特殊的熔渗方法生产，即先制备出钨骨架，然后渗铜。钨骨架一般是选用一定粒度钨粉为原料，压制成一定形状的坯块，然后在高温炉中烧结制成。钨粉在烧结过程中，由于钨原子扩散形成烧结颈，使钨粉之间形成冶金结合，得到具有一定强度的钨骨架。熔渗法生产的钨铜合金组织见图1，钨颗粒尺寸较大且分布不均匀，用这样钨铜合金制造药型罩很难获得延性射流(射流易离散)，导致其侵彻性能受到限制，达不到理想要求。

6、已有研究指出，要尽量保证钨铜材料组织均匀性才能使药型罩获得较好的射流，因为如果有局部钨或铜富集，会造成局部密度差异，这将导致形成的射流偏离轴线方法，从而强烈地降低侵彻性能。比较理想组织结构是钨颗粒周围被铜元素包覆，并形成均匀网络一样结构。按此研究思路，材料科学工作者已研发出多种新型制备钨铜材料的方法，主要是用机械合金化法制备钨铜粉末，然后用热压、爆炸、电脉冲等方法获得致密的钨铜材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服现有钨铜合金制造方法中存在的钨颗粒大小不均匀，且不能被铜相均匀包覆问题，提供一种新型制造钨铜药型罩材料方法，即雾化干燥法。

2、本发明所用的雾化干燥法是指用雾化干燥技术制备钨铜合金粉末，而不采用传统的机械混料方式。雾化干燥法制钨铜合金粉末工艺流程是，将钨盐粉末、铜盐粉末和活化元素盐粉末等化学成分粉末在水或有机溶剂中溶解并搅拌成溶液，然后用雾化干燥机将该溶液快速蒸发析出前驱体固体颗粒，最后通过煅烧、还原等过程，使前驱体固体颗粒转化成含有活化元素的钨铜粉末。钨铜粉末经成形和烧结制备出钨铜药型罩材料。

3、本方法能够制造出钨颗粒大小均匀且被铜相均匀包覆的原因是：本发明所用的钨铜粉末中含有活化元素，这些活化元素在烧结保温过程中(约1450℃左右)，与铜相互作用形成液相即所谓粘接相，并沿钨颗粒表面铺展，直至将所有钨颗粒包围，这会使钨颗粒之间发生重排，减少孔隙，增加压坯致密度。同时液相的出现还会通过溶解析出机制使钨颗粒形成光滑的表面，这更有利于钨颗粒之间重排。通过钨颗粒之间反复溶解析出和颗粒重排，压坯致密度不断增加，孔隙度不断减少，最后形成高致密度钨铜合金，由于没有钨骨架存在，钨颗粒被铜相均匀包覆。

4、从上述钨铜合金粉末压坯在烧结过程致密化过程可以看出，由于雾化干燥法制备粉末各化学成分分布均匀，可以减少元素间的扩散距离，减少致密化所需的保温时间，因此钨颗粒尺寸较小且大小均匀。

5、本发明提供了一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：包括以下步骤：用雾化干燥法制备钨铜合金粉末，首先将可溶性钨盐、铜盐和活化元素金属盐等粉末在水或有机溶剂中溶解配制成溶液，然后将溶液输入雾化干燥机中得到前驱体粉末，最后将前驱体粉末进行煅烧和还原得到含有活化元素的钨铜合金粉末；含有活化元素的钨铜合金粉末经成形和烧结得到钨铜药型罩材料。

6、雾化干燥所用的金属盐均为可溶性盐，在去离子水或有机溶剂中溶解形成溶液，即彼此之间不发生化学反应或生成沉淀物；可溶性钨盐为但不仅限于正钨酸、钨多酸、正钨酸盐、偏钨酸盐或其他可溶性钨化合物；可溶性铜盐为但不仅限于相应的氯化物、硝酸盐或其他可溶性化合物；活化元素金属盐为钴盐、镍盐、铁盐或其混合金属盐，添加量为1-10wt％。

7、用雾化干燥机将可溶性盐溶液转化为前驱体粉末，雾化干燥机能为离心式雾化干燥机、压力式雾化干燥机、二流体或三流体式雾化干燥机。

8、雾化干燥法制造的钨铜药型罩材料中钨含量占70-99wt％。

9、配制溶液所使用的水或有机溶剂，水为但不限于去离子水、纯净水、自来水、过滤水；有机溶剂为但不限于汽油、苯、甲苯、戊烷、己烷、甲醇、乙醇、乙醚、醋酸乙酯、丙酮、四氯化碳；溶液配制过程能加热或使用搅拌装置加速金属盐的溶解。

10、前驱体粉末煅烧时能在空气、氮气、氢气或其混合气体中进行，煅烧温度在100-800℃之间，煅烧目的在于除去金属盐中的阴离子；煅烧粉能用氢气、氨分解气体、或其他固体还原剂进行还原得到含有活化元素的钨铜合金粉末。

11、雾化干燥法制备的钨铜药型罩材料致密度大于99％，拉伸强度大于400mpa，钨颗粒大小均匀，平均颗粒尺寸小于15微米。

12、雾化干燥法得到的含活化元素钨铜合金粉末通过模压成形或冷等静压成形，再经氢气保护气氛或真空中烧结得到钨铜药型罩材料，烧结温度在1350-1500℃之间。

13、本发明制备钨铜药型罩材料，抛弃了传统熔渗法，采用雾化干燥法制备出含有活化元素的钨铜合金粉末，然后经成形、烧结制备出钨铜药型罩材料。雾化干燥法制钨铜合金粉末流程是，将钨盐粉末、铜盐粉末和含有活化元素成分的金属盐粉末在水或有机溶剂中溶解并搅拌成溶液，然后用雾化干燥机将该溶液快速蒸发析出细小的前驱体固体颗粒，其颗粒内部保持各化学成分的均匀性，然后通过煅烧、还原等过程，使细小的前驱体固体颗粒转化成含有活化元素的钨铜粉末。最后将这些含有活化元素的钨铜粉末成形，直接烧结即可制备出钨铜药型罩材料。

14、本发明与现有技术相比，其优点在于：

15、本发明所述的钨铜药型罩材料制造方法，从上述工艺特点可以看出，本发明制备钨铜合金粉体可以最大限度地保持各化学成分的均匀性，因有活化元素的添加，在低温直接烧结即可得到致密的钨铜合金，且形成铜均匀包覆在钨颗粒表面的组织结构。由于本方法不需要预制钨骨架，简化了制造钨铜材料的流程，并且由于钨颗粒大小均匀，被铜相均匀包覆，该材料制造的药型罩有望展现优异侵彻性能。

技术特征：

1.一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：包括以下步骤：用雾化干燥法制备钨铜合金粉末，首先将可溶性钨盐、铜盐和活化元素金属盐等粉末在水或有机溶剂中溶解配制成溶液，然后将溶液输入雾化干燥机中得到前驱体粉末，最后将前驱体粉末进行煅烧和还原得到含有活化元素的钨铜合金粉末；含有活化元素的钨铜合金粉末经成形和烧结得到钨铜药型罩材料。

2.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：雾化干燥所用的金属盐均为可溶性盐，在去离子水或有机溶剂中溶解形成溶液，即彼此之间不发生化学反应或生成沉淀物；可溶性钨盐为但不仅限于正钨酸、钨多酸、正钨酸盐、偏钨酸盐或其他可溶性钨化合物；可溶性铜盐为但不仅限于相应的氯化物、硝酸盐或其他可溶性化合物；活化元素金属盐为钴盐、镍盐、铁盐或其混合金属盐，添加量为1-10wt％。

3.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：用雾化干燥机将可溶性盐溶液转化为前驱体粉末，雾化干燥机能为离心式雾化干燥机、压力式雾化干燥机、二流体或三流体式雾化干燥机。

4.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：雾化干燥法制造的钨铜药型罩材料中钨含量占70-99wt％。

5.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：配制溶液所使用的水或有机溶剂，水为但不限于去离子水、纯净水、自来水、过滤水；有机溶剂为但不限于汽油、苯、甲苯、戊烷、己烷、甲醇、乙醇、乙醚、醋酸乙酯、丙酮、四氯化碳；溶液配制过程能加热或使用搅拌装置加速金属盐的溶解。

6.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：前驱体粉末煅烧时能在空气、氮气、氢气或其混合气体中进行，煅烧温度在100-800℃之间，煅烧目的在于除去金属盐中的阴离子；煅烧粉能用氢气、氨分解气体、或其他固体还原剂进行还原得到含有活化元素的钨铜合金粉末。

7.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：雾化干燥法制备的钨铜药型罩材料致密度大于99％，拉伸强度大于400mpa，钨颗粒大小均匀，平均颗粒尺寸小于15微米。

8.根据权利要求1所述的一种钨铜药型罩材料制造方法，其特征在于：雾化干燥法得到的含活化元素钨铜合金粉末通过模压成形或冷等静压成形，再经氢气保护气氛或真空中烧结得到钨铜药型罩材料，烧结温度在1350-1500℃之间。

技术总结
一种钨铜药型罩材料制造方法，用雾化干燥法制备钨铜合金粉末，然后经成形、烧结制备钨铜药型罩材料。雾化干燥法使用的原料为可溶性钨盐、铜盐和活化元素等金属盐粉末，将这些盐粉末在水或有机溶剂中溶解配制成溶液；然后通过雾化干燥得到前驱体粉末；将前驱体粉末进行煅烧和还原即得到含活化元素的钨铜合金粉末；最后将这些含活化元素钨铜粉末成形、烧结即得到钨铜合金药型罩材料。与传统熔渗法制备钨铜合金，本发明用雾化干燥法制备的钨铜合金组织更均匀，钨颗粒被铜相包覆，且钨颗粒更细小，约10‑15微米左右，是一种有重要应用前景的药型罩材料。

技术研发人员：杨永泽,马长文,沈吉亮,李海强
受保护的技术使用者：辽宁蓝煜新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31