合金燃烧剂的应用和特性

合金燃烧剂不同于上述燃烧剂，它是在外界激发能（爆炸或燃烧）作用下被激活而自燃，具有燃烧稳定、热量大、火种数多和效果好等特点。

8.1.5.1　镁合金

虽然有多种金属可以燃烧，并产生较高的温度，但由于不易燃或来源稀贵，未能用于制造燃烧弹药。镁以其独特的燃烧性能在燃烧弹药中获得了广泛的应用。基于强度需要，镁在燃烧弹药上的使用以镁合金的形式出现。

镁铝轻合金在第二次世界大战中大量用于制造燃烧航弹。这种镁铝合金的成分有两种：一种为镁90.5%，铝8%，锌和锰1.5%；另一种为镁93.8%，铝0.5%，紫铜0.2%，锌5.1%，硅0.2%，铁0.2%。德国人在1909年时即采用镁86%、铝13%和少量铜的镁合金制作燃烧弹。

镁铝合金的密度为1.80～1.83 g/cm3，熔点是630～635℃，具有良好的力学性能。它对碱溶液很安定，但在酸或铵盐的稀溶液中易受腐蚀。镁铝合金能借空气中的氧燃烧，其燃烧温度达2 000℃以上，并放出大量的热（25.1 kJ/g），产生眩目的白光和少量的MgO白烟。

镁铝合金是借装在镁铝合金弹体内压制的粉末状的高热剂或高热燃烧剂来引燃的。由于用镁铝合金制成的弹体也能燃烧，这种燃烧弹的有效载荷极大，燃烧能力高，燃烧时其火焰能飞溅到2～3 m远处。但缺点是镁铝合金力学性能比钢铁的差，因此对目标的侵彻深度小，同时由于它借空气中的氧燃烧，一旦隔绝空气，就会自行熄灭。

8.1.5.2　锆合金

锆和锆合金用作燃烧弹药和燃烧器材近年来得到了广泛的应用。它被用于不同类型的弹药上，使弹药除了具有燃烧性能外，还兼具杀伤、爆破作用。锆合金的使用，促使燃烧弹也能一弹多功能，即集杀、爆、燃或穿甲-燃烧、破甲-燃烧为一体。

锆合金作燃烧剂多与炸药混装。当炸药爆炸时，在炸药的激活能的作用下形成引火燃烧能力。锆合金燃烧时与氧发生强烈的氧化反应，很快形成一层很薄的氧化膜（层）。鉴于锆燃烧的颗粒随爆轰波运动与空气摩擦，所形成的氧化膜（层）能及时脱落掉，从而保持了连续燃烧性能。

锆合金易于加工制造，具有耐酸、耐碱、抗腐蚀性能，可与A炸药、B炸药、黑索金、梯恩梯、特屈儿等炸药相容。

锆合金以变形锆和海绵锆在燃烧弹上应用较多。所谓变形锆，是从挤压或振动工艺生产的无缝锆管上机加制取的。所谓海绵锆，是在液压机上压实，然后机加成所需颗粒。由于海绵锆的燃烧半径和燃烧时间优于变形锆，因此实际使用中多采用海绵锆。将海绵锆压制成环状（即锆环），放置在弹体和TNT炸药之间（典型排列是锆环放置在破片层与炸药层之间，以多层次为佳），弹爆炸后，一方面产生大量杀伤破片四处飞溅；另一方面，形成大量燃烧的锆颗粒火种飞散，其中一些燃烧颗粒夹裹着战斗部破片抛向远处，触及油类或其他易燃目标时，立即形成大火。

燃烧着的锆颗粒夹裹着战斗部破片，运动规律遵循牛顿运动定律：

式中，m——锆颗粒的质量；

S0——锆颗粒的横截面积；

p——炸药爆炸瞬时的应力；

v——颗粒运动时的速度。(www.xing528.com)

由于弹径一定，锆环的内径、炸药量等为定值，这时爆炸产生的应力也是定值，所以颗粒飞散距离与锆颗粒的大小有关。

锆合金若以颗粒锆与高能炸药混合装填，则颗粒锆加入量可以为炸药量的5%～30%。这种结构装药在弹丸爆炸时，尚兼具有闪光照明作用。

锆合金燃烧弹作用过程：首先，在炸药爆炸瞬间，锆合金装药被爆炸分散成锆颗粒，与此同时，锆颗粒在爆炸的高温高压下引燃；紧接着锆颗粒即与空气中氧结合，发生剧烈的燃烧反应，此时锆颗粒燃烧反应的表面便生成一层氧化物膜（该膜阻碍燃烧反应进行，若锆颗粒静止不动，则燃烧会中止），由于爆轰波以305～2 130 m/s的速度将燃烧着的锆颗粒向外围推出，锆氧化物膜虽不断地生成，但不断地在气流冲刷摩擦作用下被剥离掉，从而维持着锆颗粒连续燃烧过程。

锆颗粒的大小显然直接影响着锆合金燃烧弹的燃烧性能。对于杀爆燃弹来说，为提高有效燃烧半径和点燃易燃目标概率，通过试验研究表明，锆颗粒直径以2～6 mm为佳。

8.1.5.3　稀土合金

稀土金属化学性质活泼，极易同氧、硫、氮作用生成相应的稳定化合物，受剧烈冲击、摩擦时即产生火花，并猛烈燃烧（火花温度达2 700℃），用于制造中小口径燃烧弹体时，无须引信，碰击目标即能发火。

经研究，具有引火性能的稀土元素有铈（Ce）、镧（La）、钕（Nd）、镨（Pr）、钐（Sm）和钇（Yb）六种。由各种稀土金属制成的米氏合金已用于制造穿甲燃烧炮弹和燃烧枪弹。米氏合金中用的稀土金属由Ce 53%、La 24%、Nd 16%、Pr 5%和其他稀土2%组成。米氏合金材料有多种规格，如由上述稀土金属75%、Mg 2%、Fe 23%组成的米氏合金，以及由上述稀土金属95%或97.5%、Mg 5%或2.5%组成的米氏合金等。

含Ce 45%～50%、La 22%～25%、Nd 18%～20%、Pr 5%～7%及少量其他金属元素的混合稀土合金研制的稀土燃烧剂，密度可达6.25 g/cm3，呈金属特性。将该稀土燃烧剂加工成试样，装填于53式7.62 mm步枪子弹上，射击时纵火效果见表8.5。

表8.5　稀土燃烧剂在7.62 mm枪弹上的纵火效果

稀土燃烧剂在破甲后效燃烧弹上也获得了应用。将稀土燃烧剂用于破甲弹，通过改变药型罩的锥角，增加稀土燃烧剂隔板，不仅能扩大破甲孔径，而且能提高火焰贯穿能力和高温流体持续时间，从而提高了对目标内部易燃物的纵火能力。稀土燃烧剂隔板所形成的大块火种，对目标附近的易燃物也具有较好的纵火效果。

美国陆军一种专供高性能航炮系统用的稀土合金燃烧弹弹径为20 mm，采用聚四氟乙烯弹头，弹芯由稀土合金制成，该稀土合金由87%的混合稀土和13%的铝合金组成，混合稀土是50%的Ce、25%的La及其他稀土元素的混合物。

8.1.5.4　其他合金

除上述燃烧合金用作燃烧弹和燃烧器材外，钛合金、钨锆镍铁合金、锆锡合金也得到了应用。

1976年美国海军即提出用钨锆镍铁合金制造穿甲弹弹芯，从而提高了燃烧后效。这种弹芯由40%～95%的钨、4%～50%锆、1%～10%的镍和铁组成。为了获得较好的侵彻与燃烧性能，钨、锆的含量极其关键。钨含量高、锆含量低时，弹芯的侵彻力高，而燃烧性能差；反之，则结果相反。试验研究结果表明，以钨85%、锆10%、镍2.5%和铁2.5%制造的弹芯有较好的侵彻与燃烧性能。

锆锡合金已经被用来制造穿甲弹的燃烧件、破甲弹内衬和高破片率弹药战斗部。用于制造穿甲弹燃烧件的锆锡合金最佳配比是：锆85%～90%，锡15%～10%。