DE3218205A1

DE3218205A1 - Auskleidungen fuer hohlladungen und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3218205A1
Application number: DE19823218205
Authority: DE
Inventors: Rudi Dr. 7858 Weil Schall
Original assignee: Individual
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE3218205C2

Description

Auskleidungen für Hohlladungen und
Verfahren zu deren Herstellung.
Die Durchschlagsleistung von Hohlladungen (HL) beruht auf der Bildung eines Strahls hoher Geschwindigkeit aus dem Material der Hohlraumauskleidung. Sie ist der Wurzel aus der Dichte des Strahlmaterials und der Länge proportional, zu der der Strahl auf seinem Weg zum zu durchschlagendem Ziel infolge eines ihm aufgeprägten Geschwindigkeitsgradlenten ausgezogen werden kann.
Die dadurch erreichbare Stahllänge ist durch das Strahlmaterial begrenzt, wobei zu beachten ist,daß das Material des Strahles in seiner Struktur, Dichte und Temperatur von dem der Auskleidung deutlich abweicht.
Infolge des begrenzten plastischen Verformungsvermögens und der durch die Verformung erfolgenden Aufheizung des Strahlmaterials reißt der Strahl nach einer für das Auskleidungsmaterial typischen Längung in tropfenförmige Einzelelemente auf. Da diese nicht in der Ladungsachse stabilisiert fliegen,vermindert sich die Durchschlagsleistung bei weiterem Zielabstand,und es treten starke Streuungen derselben auf. Um große Tiefenwirkungen zu erhalten, ist das Aufreißen des Strahls zeitlich also so lange als möglich herauszuzdgern.
Bekannt sind 3 Gruppen von in dieser Richtung günstigen Auskleidunqsmaterialien: 1) ciie Metalle der Cu - Gruppe, die eine natürliche hohe DuktiiItäi aufweisen. Um Verformungsverfestiqung zu vermeiden, sind dil-^st mit hohem Reinheitsgrad anzuwenden. Die heute im militärisf en und zivilen Bereich verwendeten HL sind fast überwiegend mit Auskleidungen dieses Typs versehen.
2) Superplastische Metalle. Es sind dies Metallegierungen (z.B.Zn-A1), die im kalten Zustand und bei langsamen Verformungen eine sehr viel höhere Duktilität besitzen als reine Metalle. Da sie diese Eigenschaften bei schneller Verform-ng weitgehend verlieren und zudem nur eine mäßige Dichte aufweisen, haben sie bisher nur wenig Eingang in die HL - Technologie gefunden.
3) Silikatgläser. Es ist unbekannt, in welchem physikalischen Zustand sich das Glas nach der Stoßeinwirkung durch die Detonation befindet. Bei Gläsern mit einer breiten Erweichungsphase werden jedoch die größten bekannten Strahlstreckungen erzielt. Wegen der geringen Dichte und der Sprödigkeit des Auskleidungsmaterials ist der Anwendungsbereich jedoch nur klein.
Erfindungsgemäß wird nun für den strahlbildenden Teil der Auskleidung eine weitere Gruppe von Materialien vorgeschlagen, die die Vorteile der Metalle mit denen der Silikatgläser verbinden:die metallischen Gläser. Es sind dies metallische Festkörper, die durch Aufsprühen dünner Schichten geschmolzenen Metalls auf eine kalte Unterlage entstehen, wobei die Schmelze so schnell abgekühlt wird, daß beim Erstarren eine Kristallisation zeitlich unterlaufen wird.Die amorphe Struktur des Materials bringt zwei Vorteile mit sich: - Das Material besitzt praktisch keine Körnigkeit und fließt ähnlich wie die Silikatgläser duktil in einem breiten Temperaturbereich, so daß ähnlich hohe Strahlstreckungen erreicht werden wie bei diesen.
- Durch Wahl geeigneter Metalle kann eine erheblich größere Strahldichte und damit entsprechend höhere Durchschlagsleistung erzielt werden.
Metallische Gläser werden in verschiedenen Zusammensetzungen industriell hergestellt, wobei das Fabrikationsverfahren - Aufspritzen der Metallschmelze mit einer Spaltdüse auf eine ebene Unterlage oder Walze- sich besonders für dünne Bleche oder ( Dicke etwa 10-20y m) eignet. Um ein schnelles Erstarren der Schmelze zu bewirken, werden vorzugsweise eutektische Gemische verwendet und die Unterlage ausreichend gekühlt.
Bei den HL braucht nicht die gesamte Hohlraumauskleidung, sondern nur die innere, den Strahl bildende Schicht derselben aus dem vergleichsweise teuren metallischen Glas hergestellt zu werden.
Bei rotationssymmetrischen Ladungen für Bohrzwecke beträgt der Gewichtsanteil der meist kegelförmig gestalteten Auskleidung, der sich im Strahl wiederfindet , bei üblichen Kegelwinkeln lo - 15 z an der Spitze rund 30-50 % am Einlagerand.Der Rest kann aus konventionellem Material bestehen. Dieses und dieamorphe Metallschicht sollten jedoch annähernd gleiche akustische Impedanzen aufweisen, um während der Beschleunigungsphase eine Separierung zu vermeiden.
Die Erfindung ist nicht auf Bohrladungen begrenzt und kann auch für andere geformte Ladungstypen (insbesondere Schneidladungen) angewandt werden. Die Beschreibung der Anwendung beschränkt sich jedoch auf roationssymmetrische Ladungsgeometrien.
Bei der Wahl von Metallegierungen für den strahlbildenden Teil der Auskleidung ist möglichst hohe Dichte , also ein hoher Gehalt an Schwermetallen(z.B. Fe, Zn, Cu, Ag, W, U ) anzustreben. Andererseits sollte der Schmelzpunkt der Legierung nicht zu hoch liegen, um das Versprühen der Schmelze zu erleichtern. Wesentlich ist J(do(:h, daß die amorph erstarrte Schmelze eine Dichte aufweist, die nur geringfügig(etwa 1-2 % ) unter der der kristallin erstarrten Leclier\lncl liegt.
Erfindungsgemäß wird die Schmelze auf die (leicht auft3eraullte) Ini'itseite des den Rest der Auskleidung bildenden Trägers aufgesprüht, wobei Sprühdüse und Träger in genügend schnelle Relativbewegung versetzt werden, um die notwendige Abkühlungsgeschwindigkeit (etwa 10 Grad/s ) zu erreichen . Hierbei wird der Träger vorteilhaft (z. B. mit flüssigen Stickstoff)abgekühlt. Dennoch kann bei einem Uberlauf der Düse nur eine sehr kleine Schichtdicke aufgetragen werden, so daß mehrere Überläufe in geeigneten Zeitabständen erforderlichsind. Zur Kompaktierung der Schichten und Homogenisierung des metallischen Glaskörpers ist eine anschließende Kaltverformunq angezeigt. Hierbei kann man sich zweckmäßigerweise der Kraft bedienen, die bei der Umsetzung von Explosivstoffen frei werden, wobei die entwickelten hochgespannten Gase direkt oder vermittels eines Werkzeugs auf die Auskleidung einwirken.
An anderes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Auskleidungen geht von Metallpulver aus, das aus amorph erstarrten Metallschichten gewonnen wird. Die den Strahl bildende Innenschicht der Auskleidung aus amorphem Metall wird durch Verpressen des PuLvers bei hohen Drücken erzeugt, wobei das amorphe Metallpulver direkt auf den als Träger dienenden Außenteil der Auskleidung aufgepreßt wird.
Um die notwendige Dichte des Preßlings zu erreichen, ist ein Zusatz von Binde- und/ oder Flußmitteln angezeigt, deren Gewichtsanteil 15 % jedoch nicht übersteigen sollte. Bei der Wahl der Zusätze ist zu beachten, daß amorphe Metalle nur bis zu mäßigen Temperaturen (i.a. bis ca. 300' C) beständig sind. Neben aushärtbaren Kunstharzen eigen sich niedrigschmelzende Metalle und Metallegierungen. Auch bei diesem lierstellungsverfahren können die Kräfte zum Verpressen durch direkte oder indirekte Einwirkung von Gasen gewonnen werden, die bei der schnellen Umsetzung von Explosivstoffen entstehen.

Claims

Ansprüche 1. Auskleidung für Hohlladungen, dadurch gekennzeichnet, daß diese völlig oder teilweise, zumindest aber zu einem Gewichtsanteil von 10 %, aus einer amorph erstarrtenMetalllegierung(" metallischem Glas ) besteht.
2. Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein der Sprengkörperoberfläche abgewandtes Teilvolumen der Auskleidunq aus einem metallischen Glas hoher Dichte, vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil an Schwermetall von mehr als 50 %, besteht.
3. Hohlladungsauskleidung von im wesentlichen hohlkegliger Geometrie nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des aus metallischem Glas bestehenden Teilvoluniens von der Kegelspitze zur Basis zunimmt.
4. Herstellung von Hohlladungsauskleidungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene Metalllegierung auf die Innenfläche der Auskleidung in übereinanderliegenden Schichten so aufgesprüht wird, daß die einzelnen Schichten amorph erstarren.
5. Herstellung von Hohlladungsauskleidungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schichtweise aufgetragene Tel 1-volumen der Auskleidung aus metallischem Glas einer anschlitlsenden Kaltverformung unterworfen wird.
6. Herstellung von Hohlladungsauskleidungen nach den Ansprvichen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus metallischen Glas bestehende Teilvolumen der Auskleidung durch Verpressen vor feinpulverisiertem amorphem Metall,- vorzugsweise unter Zusatz eines Binders, dessen Gewichtsanteil15 % nicht überschreitet - erhalten wird.
7. Herstellung von Hohlladungsauskleidungen nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß das Verpressen des Metallpulvers durch Einwirkung von Explosivstoffen bewirkt wird.