大口径纯钨药型罩cvd制备工艺的优化与破甲性能的研究

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1、大口径纯钨药型罩CVD制备工艺的优化与破甲性能的研究董文健2015年1月中图分类号：TG146.4UDC分类号：540大口径纯钨药型罩CVD制备工艺的优化与破甲性能的研究作者姓名董文健学院名称材料学院指导教师李树奎答辩委员会主席王全胜教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyofCVDprocessoptimizationforlargediameterpuretungstenLinerandpenetrationperformanceCandidate

2、Name：WenjianDongSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:ShukuiLiChair,ThesisCommittee：Prof.QuanshengWangDegreeApplied:MasterofengineeringMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，201

3、5研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要3钨具有高密度（19.3g/cm）、高声速（4.03km/s）以及良好的延展性等特点，因而被看做是一种很具发展前景的破甲弹纯金属药型罩材料。纯钨

4、药型罩的制备方法在很大程度上影响着其射流形成能力，从而影响纯钨药型罩的破甲性能。CVD技术由于能获得高纯度、高致密度纯金属涂层，因而在纯钨药型罩的制备方面受到国内外的广泛关注和研究。目前国内已经展开了纯钨药型罩CVD制备及其破甲性能的研究工作，但是研究工作仅仅停留于65mm口径左右纯钨药型罩的CVD制备及其破甲性能的研究上，还没有关于更大口径CVD纯钨药型罩的研究。为了研究更大口径纯钨药型罩的破甲性能，本课题组研制出了能用于制备各种型号纯钨药型罩的CVD沉积系统。该沉积系统能实现精确控制气体流量和稳定沉积温度的要

5、求。本文针对静破甲试验对大口径纯钨药型罩制备要求，对沉积设备进行了一系列的优化，不仅解决了管路气密性差、管路堵塞等问题，还成功地将沉积温度稳定在预设值的±5℃范围内及将H2和WF6气体流量精确地稳定在预设值附近。纯钨药型罩原始组织的均匀程度及晶粒大小能极大地影响射流的连续性，提高纯钨组织的均匀性和减小晶粒尺寸能有效地改善纯钨射流的连续性，从而提升其破甲性能。本文利用优化的沉积系统，研究了沉积温度和气体流量对CVD纯钨微观组织的影响规律，研究结果表明，在500~540℃范围内，升高沉积温度降低了纯钨组织的均匀性，在

6、500℃条件下能获得组织均匀性较好的纯钨组织。在沉积温度为500℃条件下，降低H2与WF6气体流量比能细化纯钨晶粒，当H2与WF6气体流量比△低于260mL/g时能获得组织较均匀且晶粒细小的纯钨组织。通过对沉积设备的深入理解及沉积经验的大量积累，发现通过改进加热丝的结构能有效地避免大口径纯钨药型罩在制备过程中发生的变形、开裂及壁厚不均匀现象。还发现H2中水蒸气的存在会严重影响WF6流量的稳定性及造成纯钨药型罩表面浮凸物的产生，提高H2的干燥程度能极大地提高WF6流量的稳定性及纯钨药型罩的表面质量。在炸高为2倍口径

7、的试验条件下，对100mm口径、60°锥角、208g质量的纯钨药型罩进行了45钢靶板的静破甲试验，获得了穿深为495mm长的弹道；对弹道不同位置微观区域的分析，研究了射流侵彻靶板的全过程及其破甲机理。研究结果表明，射流在开坑整个阶段形成的锐角裂纹能降低射流有效质量，并发现射流与靶板作用的剧烈程度逐渐减弱；射流进入准定常阶段后与靶板作用的剧烈程度又加剧并保持稳定；I随着射流的逐渐消耗及速度的降低，与靶板的作用逐渐减弱直至停止破甲；射流与靶板作用的整个过程中，在弹道内壁形成硬度很高的射流残留区，这也在一定程度上阻碍了

8、后续射流进一步破甲。关键词：纯钨药型罩；化学气相沉积；电子背散射衍射；射流；破甲特性IIAbstractThehighdensity(19.3g/cm3),highacousticvelocity(4.03km/s)andhighdynamicfractureelongationratemaketungstenoneofthemostattractivecandidate