DE3218205C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auskleidung aus einer Metallegierung für Hohlladungen und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Auskleidung.

Eine Hohlladungsauskleidung aus einer Metallegierung ist zum Beispiel aus der DE 29 13 103 A1 bekannt. Hierbei soll die Einlage einer Flachkegelladung aus einer Legierung be­ stehen, die einen genügend hohen Tantalgehalt aufweist, um dieser Legierung eine Dichte zu verleihen, die größer ist als diejenige von Kupfer. Weiterhin kann die Legierung ne­ ben z. B. Eisen oder Kupfer auch Wolfram, Molybdän oder Niob enthalten. Mit diesem Metallen kann zwar die Dichte einer üblicherweise aus Kupfer bestehenden Einlage erhöht werden, dabei geht jedoch die für eine optimale Strahlbil­ dung erforderliche hohe Duktilität des Materiales verloren.

Die Durchschlagsleistung von Hohlladungen beruht auf der Bildung eines Strahles hoher Geschwindigkeit aus dem Ma­ terial der Hohlraumauskleidung. Sie ist der Wurzel aus der Dichte des Strahlmateriales und der Länge proportional, zu der der Strahl auf seinem Weg zu dem zu durchschlagenden Ziel infolge eines ihm aufgeprägten Geschwindigkeitsgra­ dienten ausgezogen werden kann.

Die dadurch erreichbare Strahllänge ist durch das Strahl­ material 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 Aus­ kleidungsmaterial typischen Längung in tropfenförmige Einzelelemente auf. Da diese nicht in der Ladungsachse stabilisiert fliegen, vermindert sich die Durchschlags­ leistung bei weiterem Zielabstand, und es treten starke Streuungen derselben auf. Um große Tiefenwirkungen zu er­ halten, ist das Aufreißen des Strahles zeitlich also so lange als möglich herauszuzögern.

Bekannt sind drei Gruppen von in diese Richtungen günstigen Auskleidungsmaterialien:

• 1. Die Metalle der Cu-Gruppe, die eine natürliche hohe Duktilität aufweißt. Um Verformungsverfesti­ gung zu vermeiden, sind diese mit hohem Reinheits­ grad anzuwenden. Die heute im militärischen und zivilen Bereich verwendeten Hohlladungen sind fast überwiegend mit Auskleidungen dieses Typs versehen.
• 2. Superplastische Metalle. Es sind dies Metallegie­ rungen (z. B. Zn-Al), die im kalten Zustand und bei langsamen Verformungen eine sehr viel höhere Duktilität besitzen als reine Metalle. Da sie diese Eigenschaften bei schneller Verformung weit­ gehend verlieren und zudem nur eine mäßige Dichte aufweisen, haben sie bisher nur wenig Eingang in die Hohlladungs-Technologie gefunden.
• 3. Silikatgläser. Es ist unbekannt, in welchem physi­ kalischen Zustand sich das Glas nach der Stoßein­ wirkung durch die Detonation befindet. Bei Gläsern mit einem breiten Erweichungsinterval werden je­ doch die größten bekannten Strahlstreckungen er­ zielt. Wegen der geringen Dichte und der Sprödig­ keit des Auskleidungsmateriales ist der Anwendungs­ bereich jedoch nur klein.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hohlladungs­ auskleidung und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzu­ schlagen, durch die eine Leistungssteigerung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auskleidung zumindest teilweise (10% Gewichtsanteil) aus einer nichtkristallinen Metallegierung besteht.

Erfindungsgemäß wird nun für den strahlbildenden Teil der Auskleidung eine weitere Gruppe von Materialien vorgeschla­ gen, die die Vorteile von konventionellen Metallen mit Kristallstruktur mit denen der Silikatgläser verbinden:
die metallischen Gläser, bzw. nichtkristalline, amorph er­ starrte Metalle oder Metallegierungen. Dies sind metalli­ sche Festkörper, die durch Aufsprühen dünner Schichten schmelzflüssigen Metalls auf eine kalte Unterlage entstehen, wobei die Schmelze so schnell abgekühlt wird, daß beim Er­ starren eine Kristallisation zeitlich unterlaufen wird. Die nichtkristalline Struktur des Materiales bringt zwei Vor­ teile mit sich:

• - Das Material besitzt praktisch keine Körnigkeit und fließt ähnlich wie die Silikatgläser duktil in einem breiten Temperaturinterval, so daß ähnlich hohe Strahl­ streckungen erreicht werden wie bei diesen.
• - Durch Wahl geeigneter Metalle kann eine erheblich größere Strahldichte und damit eine entsprechend hö­ here Durchschlagsleistung erzielt werden.

Metallische Gläser, bzw. nichtkristalline Metalle werden in verschiedenen Zusammensetzungen industriell hergestellt, wobei das Fabrikationsverfahren - Aufspritzen der Metall­ schmelze mit einer Spaltdüse auf eine ebene Unterlage oder Walze - sich besonders für dünne Bleche oder Folien (Dicke etwa 10 bis 20 µm) eignet. Um ein schnelles Erstarren der Schmelze zu bewirken, werden vorzugsweise eutektische Ge­ mische verwendet und die Unterlage ausreichend gekühlt.

Bei der erfindungsgemäßen Hohlladung braucht nicht die ge­ samte Hohlraumauskleidung, sondern nur die innere, den Strahl bildende Schicht derselben aus dem vergleichsweise teuren metallischen Glas hergestellt zu werden.

Bei rotationssymmetrischen Ladungen für Bohrzwecke soll der Gewichtsanteil der meist kegelförmig gestalteten Ausklei­ dung, der sich im Strahl wiederfindet, bei üblichen Kegel­ winkeln etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent an der Spitze und etwa 30 bis 50 Gewichtsprozent am Einlagerand betragen. Der Rest der Auskleidung kann aus konventionellem Material, z. B. Kupfer o. ä. bestehen. Diese und die nichtkristalline Metall­ schicht sollten jedoch annähernd gleiche akustische Impe­ danzen aufweisen, um während der Beschleunigungsphase eine Separierung im Strahl zu vermeiden.

Die Erfindung ist nicht auf Hohlladungen begrenzt und kann auch für andere geformte Ladungstypen, insbesondere Schneid­ ladungen, angewandt werden. Die Beschreibung der Anwendung beschränkt sich hier jedoch der Einfachheit halber auf ro­ tationssymmetrische Ladungsgeometrien.

Bei der Wahl von Metallegierungen für den strahlbildenden Teil der Auskleidung ist eine möglichst hohe Dichte, also ein hoher Gehalt an Schwermetallen (z. B. Fe, Zn, Cu, Ag, W, U) anzustreben. Andererseits sollte der Schmelzpunkt der Le­ gierung nicht zu hoch liegen, um das Versprühen der Schmelze zu erleichtern. Wesentlich ist jedoch, daß die nichtkristallin er­ starrte Schmelze eine Dichte aufweist, die nur geringfügig (etwa 1 bis 2%) unter der der kristallin erstarrten Le­ gierung liegt.

Erfindungsgemäß wird die Schmelze auf die vorzugsweise leicht aufgerauhte Innenseite des den Rest, bzw. den rück­ wärten Teil der Auskleidung bildenden Trägerwerkstoff aufgesprüht, wobei die Sprühdüse und der Trägerwerkstoff in genügend schnelle Relativbewegung zueinander versetzt werden, um die notwendige hohe Abkühlgeschwindigkeit (etwa 10⁶ Grad/s) zu erreichen. Hierbei wird der Träger vorteil­ haft abgekühlt, z. B. mit flüssigem Stickstoff. Dennoch kann bei einem Überlauf, bzw. Umlauf der Düse nur eine sehr kleine Schichtdicke aufgetragen werden, so daß mehrere Sprühüberläufe in geeigneten Zeitabständen erforderlich sind. Zur Kompaktierung der Schichten und Homogenisierung des metallischen Glaskörpers ist eine anschließende Kalt­ verformung angezeigt. Hierbei kann man sich zweckmäßiger­ weise der Kräfte bedienen, die bei der Umsetzung von Explo­ sivstoffen freiwerden, wobei die entwickelten hochgespannten Gase direkt oder vermittels eines Werkzeuges auf die Aus­ kleidung einwirken.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Auskleidung geht von einem Metallpulver aus, das aus nichtkristallin erstarrten Metallschichten gewonnen wird. Die den Strahl bildenden Innenschicht der Auskleidung aus nichtkristallinem Metall wird durch Verpressen des entsprechenden Pulvers bei hohen Drücken erzeugt, wobei das nichtkristalline Metallpulver direkt auf den als Träger dienenden rückwärtigen, der Sprengstoffüllung zugewandten Teil der Auskleidung aufgepreßt wird.

Um die notwendige Dichte des gepreßten Formkörpers zu er­ reichen, ist ein Zusatz von Binde- und/oder Flußmitteln an­ gezeigt, deren Gewichtsanteil 15% jedoch nicht übersteigen sollte. Bei der Wahl der Zusätze ist zu beachten, daß nichtkristalline Metalle nur bis mäßigen Temperaturen (i. a. bis ca. 300°C) beständig sind. Neben aushärtbaren Kunstharzen eignen sich hierfür niedrigschmelzende Metalle, bzw. Metallegierungen.

Auch bei diesem Herstellungsverfahren können die Kräfte zum Verpressen durch direkte oder indirekte Einwirkung von Explosionsgasen gewonnen werden, die bei der schnellen Umsetzung von Explosivstoffen entstehen.

Claims (9)

1. Auskleidung aus einer Metallegierung für eine Hohlla­ dung, dadurch gekennzeichnet, daß diese zumindest teilweise (10% Gewichtsanteil) aus einer nichtkristallinen Metallegierung besteht.

2. Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese vollständig aus nichtkristalliner Metallegierung besteht.

3. Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß ein auf einer Teilauskleidung aus konventionellem Auskleidungs­ material angeordnetes, von der Sprengkörperoberfläche abgewandtes Teilvolumen der Auskleidung aus der nicht­ kristallinen Metallegierung besteht.

4. Hohladungsauskleidung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtkristalline Metallegierung eine hohe Dichte, vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil an Schwermetall von mehr als 50% aufweist.

5. Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der aus nichtkristalliner Metallegie­ rung bestehenden Auskleidung bei einer an sich bekann­ ten hohlkegeligen Auskleidungsgeometrie von der Ke­ gelspitze zur Basis bzw. zum Umfang der Auskleidung zunimmt.

6. Verfahren zur Herstellung einer Hohlladungsauskleidung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine schmelzflüssige Metallegierung auf die der Sprengkörperoberfläche ab­ gewandten Innenfläche der Teilauskleidung aus konven­ tionellem Auskleidungsmaterial in übereinanderliegen­ den Schichten so aufgesprüht wird, daß die einzelnen Schichten nichtkristallin erstarren.

7. Verfahren zur Herstellung einer Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das schichtweise aufgetragene Teilvolumen der Auskleidung aus der nichtkristallinen Metallegie­ rung einer anschließenden Teilverformung unterworfen wird.

8. Verfahrfen zur Herstellung einer Hohlladungsauskleidung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das aus der nichtkristal­ linen Metallegierung bestehende Teilvolumen der Ausklei­ dung durch Verpressen von feinpulverisiertem nichtkri­ stallinem Metallpulver als Innenschicht der Auskleidung direkt auf den als Träger dienenden Außenteil der Aus­ kleidung aufgepreßt wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Hohlladungsauskleidung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verpressen des nichtkristal­ linen Metallpulvers, bzw. die Teilverformung der nicht­ kristallinen Metallegierung durch Einwirken von Explo­ sivstoffen bewirkt wird.