溅射靶材的主要应用
溅射靶材主要应用于电子及信息产业,如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等;亦可应用于玻璃镀膜领域;还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。
分类 根据形状可分为长靶,方靶,圆靶,异型靶 根据成份可分为金属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材 根据应用不同又分为半导体关联陶瓷靶材、记录介质陶瓷靶材、显示陶瓷靶材、超导陶瓷靶材和巨磁电阻陶瓷靶材等 根据应用领域分为微电子靶材、磁记录靶材、光碟靶材、贵金属靶材、薄膜电阻靶材、导电膜靶材、表面改性靶材、光罩层靶材、装饰层靶材、电极靶材、封装靶材、其他靶材 磁控溅射原理:在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场,在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为Ar气),永久磁铁在靶材料表面形成250~350高斯的磁场,同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下,Ar气电离成正离子和电子,靶上加有一定的负高压,从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大,在阴极附近形成高密度的等离子体,Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面,以很高的速度轰击靶面,使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。 磁控溅射一般分为二种:支流溅射和射频溅射,其中支流溅射设备原理简单,在溅射金属时,其速率也快。而射频溅射的使用范围更为广泛,除可溅射导电材料外,也可溅射非导电的材料,同时还司进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射,常用的有电子回旋共振(ECR)型微波等离子体溅射。
磁控溅射镀膜靶材:
金属溅射镀膜靶材,合金溅射镀膜靶材,陶瓷溅射镀膜靶材,硼化物陶瓷溅射靶材,碳化物陶瓷溅射靶材,氟化物陶瓷溅射靶材 ,氮化物陶瓷溅射靶材 ,氧化物陶瓷靶材,硒化物陶瓷溅射靶材 ,硅化物陶瓷溅射靶材 ,硫化物陶瓷溅射靶材 ,碲化物陶瓷溅射靶材 ,其他陶瓷靶材,掺铬一氧化硅陶瓷靶材(Cr-SiO),磷化铟靶材(InP),砷化铅靶材(PbAs),砷化铟靶材(InAs)。
高纯高密度溅射靶材有:
溅射靶材(纯度:99.9%-99.999%)
1. 金属靶材:
镍靶、Ni、钛靶、Ti、锌靶、Zn、铬靶、Cr、镁靶、Mg、铌靶、Nb、锡靶、Sn、铝靶、Al、铟靶、In、铁靶、Fe、锆铝靶、ZrAl、钛铝靶、TiAl、锆靶、Zr、铝硅靶、AlSi、硅靶、Si、铜靶Cu、钽靶T、a、锗靶、Ge、银靶、Ag、钴靶、Co、金靶、Au、钆靶、Gd、镧靶、La、钇靶、Y、铈靶、Ce、钨靶、w、不锈钢靶、镍铬靶、NiCr、铪靶、Hf、钼靶、Mo、铁镍靶、FeNi、钨靶、W等金属溅射靶材。
2. 陶瓷靶材
ITO靶、AZO靶、氧化镁靶、氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化铈靶、二氧化锆靶、五氧化二铌靶、二氧化钛靶、二氧化锆靶,、二氧化铪靶,二硼化钛靶,二硼化锆靶,三氧化钨靶,三氧化二铝靶五氧化二钽,五氧化二铌靶、氟化镁靶、氟化钇靶、硒化锌靶、氮化铝靶,氮化硅靶,氮化硼靶,氮化钛靶,碳化硅靶,铌酸锂靶、钛酸镨靶、钛酸钡靶、钛酸镧靶、氧化镍靶等陶瓷溅射靶材。
3.合金靶材
镍铬合金靶、镍钒合金靶、铝硅合金靶、镍铜合金靶、钛铝合金、镍钒合金靶、硼铁合金靶、硅铁合金靶等高纯度合金溅射靶材。
多弧离子反应镀膜设备可镀色彩:
1. 镀银灰色∶用钛靶材,真空镀抽至1.5 ×10-2Pa,充 Ar(氩气)至 1.0×10-1Pa左右镀三分钟左右.(产生 Ti金属层)
2. 镀银白色∶用铬靶材,真空度抽至1.0×10-2Pa,充 Ar(氩气)至1.5×10-1Pa左右镀三分钟左右.(产生 Cr金属层)
3.镀金色∶用钛靶材,真空度抽至1.5×10-2Pa,充Ar(氩气)至1×10-1Pa镀60秒 —关氩气(Ar)—开氮气至2~4×10-1Pa镀4分钟左右.(产生 TiN化合物)
4. 镀古铜色∶用一半钛靶材,一半钛铝靶材,充 Ar(氩气)至 1×10 Pa-1开钛靶镀50秒—关 Ar(氩气)开氮气至1×10-1Pa—开钛靶、钛铝靶—充乙炔150流量左右,氮气调至 3×10-1Pa左右,镀4分钟(加热炉体至 200°C左右).(产生 TiCN和 TiN 化合物)
5. 镀玫瑰金色∶跟古铜色一样操作,只是乙炔在 60 流量左右,氮气调至 2.5×10-1Pa左右(氮气、乙炔要同时加进去反应,乙炔要保持不变,真空度多少只调节氮气流量,古铜跟玫瑰金同样调节).(产生TiCN 化合物)
6.镀五彩色∶用钛靶材,充 Ar(氩气)至1.0×10-1Pa镀1分钟后,关氩气,开N氮气至2.5×10-1Pa镀70秒后关氮气,开氧气 O2至4.5 ×10-1Pa镀160秒左右,(产生 TiO2、Ti2O3等氧化物)
7.镀珠光色∶用钛靶材,充 O2(氧气)在 6.5×10-1Pa~7.5× 10-1Pa不变动,镀40秒左右即可,注意同时引弧,加热炉体至 180°C.(产生 TiO2、Ti2O3等氧化物)
8.镀18K金色∶用锆靶材,充 Ar(氩气)至1.0×10-1Pa镀30秒,关氩气,开氮气至 2~4×10-1Pa左右镀3~4分钟即可.(产生 ZrN化合物)
9.镀土豪金色∶装一半钛靶材,一半错靶材,充 Ar((氩气)1.0× 10-1Pa镀钛靶 30秒后关氩气,开氮气至 2~4×10-1Pa左右,开钛靶、锆靶,镀4分钟左右.(产生 TiZrN化合物)
10.镀透明七彩色(AB 彩)∶用钛靶材,充 O2(氧气)至6.5~7.5×10-1Pa镀4分钟左右,加热炉户温 150°C.(产生 TiO2、Ti2O3TiO、等氧化物)
11.镀酒红色∶用铁靶材,充O2(氧气)至7.5~9.5×10-1Pa镀4~6分钟,加热炉温150°℃左右,弧焊机电流在150A左右(产生 Fe2O3氧化物).
12.镀琥珀色∶用铁靶材,充O2(氧气)至7.5~9.5×10-1Pa镀1.5~2.5分钟,加热炉温150℃左右,弧焊机电流在 150A左右.(产生 Fe2O3氧化物)
13.镀宝石蓝色,用钛靶材,充 Ar(氩气)至 1.0×10-1Pa镀 60秒后关氯气,开氮气800-900流量,同时开氧气1000-1130流量(真空控制在2.5~3.5×10-1Pa镀110秒左右).(产生 TiO2、Ti2O3、TiO、等氧化物和 TiN 化合物的混合膜层)
14.镀紫色∶同十三号工艺,充氮气和氧气的镀膜时间控制在 60-70 秒左右,真空在2.5~3.8×10-1Pa左右即可.
15.镀铬黑色∶用钛 Ti和 铬靶材,先充入氩气Ar在 1×10-1Pa镀60秒左右,关钛靶,开铬靶,关小氯气至 80-120流量再通入 CH乙快气至8~9.0×10-1Pa,镀 300秒左右.(产生 CrC黑色膜层)
16.镀枪黑色∶用钛靶材,充入 Ar气在 1.0×10-1Pa镀60秒后,关小氩气至 80-120流量,再通入 CH乙炔气在 8~9×10-1Pa镀 300秒左右.(产生 TiC化合物膜层)。
等等。
常见金属靶材的种类如下:
常规金属靶材镁Mg、锰Mn、铁Fe、 钴Co、镍Ni、铜Cu、锌Zn、铅Pd、锡Sn、 铝AI
小金属靶材铟In、锗Ge、镓Ga、锑Sb、 铋Bi、 镉Cd
难熔金属靶材钛Ti、锆Zr、 铪Hf、 钒V、铌Nb、钽Ta、铬Cr、钼Mo、钨W、铼Re
贵金属靶材金Au、银Ag、钯Pd、铂Pt、铱Ir、 钌Ru、铑Rh、锇Os
半金属靶材碳C、硼B、 碲Te、硒Se
稀土金属靶材钆Gd、钐Sm、镝Dy、铈Ce、钇Y、镧La、镱Yb、铒Er、 铽Tb、钬Ho、铥Tm、钕Nd、错Pr、镥Lu、铕Eu、钪Sc
陶瓷靶材氧化锌铝AZO、氧化铟锡ITO、氧化锌ZnO、 氮化铝AIN、氮化钛TiN、氮化硼BN、钛酸钡BaTiO3、钛酸铋BiTiO3、 碳化硅SiC、钛酸锶SrTiO3、 碳化钛TiC、碳化钨WC、铌酸锂LiNbO3
合金靶材金锡合金AuSn、金锗镍合金AuGeNi、锌铝合金ZnAl、铝铜合金AICu、钴铁硼合金CoFeB、 铁锰台金FeMn、 铱锰合金IrMn.锆钛合金ZrTi、镍铬合金NiCr、铜铟镓合金CuInGa、铜锌锡硫合金CZTS
研究范围:
钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金,或α型钛合金、β型钛合金和α+β型钛合金。研究范围还包括钛合金的成形技术、粉末冶金技术、快速凝固技术、钛合金的军用和民用等。
应用:
钛合金是一种新型结构材料,它具有优异的综合性能,如密度小(~4.5g
cm-3),比强度和比断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异,某些钛合金的最高工作温度为550??C,预期可达700??C。因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,发展迅猛。轻合金、钢等的(σ0.2/密度)与温度的关系,钛合金的比强高于其他轻金属、钢和镍合金,并且这一优势可以保持到500??C左右,因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。钛产量中约80%用于航空和宇航工业。例如美国的B-1轰炸机的机体结构材料中,钛合金约占21%,主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。F-15战斗机的机体结构材料,钛合金用量达7000kg
,约占结构重量的34%。波音757客机的结构件,钛合金约占5%,用量达3640
kg。麦克唐纳
道格拉斯(Mc-Donnell-Dounlas)公司生产的DC10飞机,钛合金用量达5500kg,占结构重量的10%以上。在化学和一般工程领域的钛用量:美国约占其产量的15%,欧洲约占40%。由于钛及其合金的优异抗蚀性能,良好的力学性能,以及合格的组织相容性,使它用于制作假体装置等生物材料。
特点:
钛金属的密度较小,为4.5g/cm3,仅为铁的60%,通常与铝、镁等被称为轻金属,其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性,相继对钛合金材料进行研究开发,并且得到了实际应用。
钛是二十世纪五十年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接等特点而被广泛用于各个领域,尤其是强度高、易焊接性能有利于高尔夫杆头的制造。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al(铝)-4V(矾)合金。Ti-6Al-4V合金在耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性方面均达到较好水平。Ti-6Al-4V合金使用量已占全部钛合金的75~85%。许多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
目前,世界上已研制出的钛合金有数百种,最著名的合金有二十至三十种,例如,有Ti-6Al-4V</SPAN>、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、Ti-811、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1100、BT9、BT20、IMI829、IMI834等;用于球杆制造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3(通常所说的β钛),22-4,DAT51。
钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物(TixAl,此处x=1或3)四类。下表列出了四类典型钛合金及特点。
类别
典型合金
特点
α
Ti-5Al-2.5Sn
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
强韧性一般,焊接性能好
抗氧化强,蠕变强度较高
较少应用在高尔夫球刊刊头制造上
α+β
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
强韧性中上,可热化处理强,可焊
疲劳性能好,多应用于铸造刊头
如铁杆、球道木等
β
Ti-13V-11Cr-3Al
Sp700
Ti-15va-3Cr-3Al-3Ni
强度高,热处理强化能力强
可锻性及冷成型性能好
可适用多种焊接方式
TixAl
Ti3Al(α2)及TiAl(Y0
溅射靶材的要求较传统材料行业高,一般要求如,尺寸、平整度、纯度、各项杂质含量、密度、N/O/C/S、晶粒尺寸与缺陷控制;较高要求或特殊要求包含:表面粗糙度、电阻值、晶粒尺寸均匀性、成份与组织均匀性、异物(氧化物)含量与尺寸、导磁率、超高密度与超细晶粒等等。磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式,就是用电子枪系统把电子发射并聚焦在被镀的材料上,使其被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离材料飞向基片淀积成膜。这种被镀的材料就叫溅射靶材。 溅射靶材有金属,合金,陶瓷,硼化物等。
1微弧氧化陶瓷层
微弧氧化(Microarcoxidation,MAO)又称微等离子体氧化(Microplasmaoxidation,MPO),是通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。由于在微弧氧化过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,微弧氧化工艺将工作区域引入到高压放电区域,极大地提高了膜层的综合性能。微弧氧化膜层与基体结合牢固,结构致密,韧性高,具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。该技术操作简单和易于实现膜层功能调节,而且工艺不复杂,不造成环境污染,是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术,在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。
合金元素Cu、Mg有利于微弧氧化的进行,而Si元素则有碍于微弧氧化。侯朝辉等[1]对含硅量为8%~12%的ZL系列铸铝合金的微弧氧化工艺条件、膜层结构以及成膜过程进行了研究。结果表明:铸铝合金在水玻璃复合体系中进行微弧氧化,可以得到一层细腻、均匀、较厚、显微硬度较高的陶瓷氧化膜;微弧氧化电解液体系中,水玻璃能够使铸铝合金的微弧氧化顺利进行;Na2WO4和EDTA二钠复配可提高膜层硬度;该研究条件下获取ZL109合金微弧氧化膜的工艺条件为NaOH:2~4g/L,水玻璃:5~7mL/L,Na2WO4:2~4g/L,EDTA二钠:2~4g/L,微弧氧化电流密度30~40A/dm2,溶液温度30~40℃,强搅拌。此外,龚建飞等[2]也对ZL109的微弧氧化进行了研究,获得了致密层厚度76μm以上,显微硬度HV1600均匀氧化陶瓷膜层。
ADC12压铸铝合金广泛应用于汽车、摩托车和仪器等行业的活塞、带轮等零部件和结构件。张金彬等[3]研究了ADC12铝合金表面微等离子体氧化法制备黑色陶瓷膜的电解液成分和电参数等对膜层性能的影响,结果表明,磷酸钠浓度较低,表面粗糙,浓度过高易析盐和膜层崩落,最佳浓度为12~15g/L;添加剂M1和M2组分中的金属元素氧化物K在膜层中的比重越大,膜层黑色饱和度越高越稳定,其最佳浓度分别为10.0~11.0g/L和15.0~18.0g/L;使膜层黑色均匀的最佳pH值为8.0~9.0;形成饱和深黑色的最佳电流密度为3.0~4.0A/dm2;采用最佳的电解液配方制备的黑色膜层厚度在20~30μm,硬度HV500~700,黑色饱和度在0.8~1.0。
王宗仁等[4]将等离子体增强的电化学表面陶瓷化(PECC技术)工艺应用在Y112压铸铝合金表面强化处理上,使其表面生成α-Al2O3和γ-Al2O3相的陶瓷膜。据称该膜性能均优于特富隆技术涂层。
金玲等[5]对ZL109合金和SiCp/ZL109复合材料表面进行微弧氧化,研究发现,ZL109合金和SiCp/ZL109复合材料都可以进行表面微弧氧化,其微弧氧化层由两层结构组成,分别为疏松层和致密层。ZL109合金微弧氧化层主要由不同结构的Al2O3相组成,SiCp/ZL109复合材料微弧氧化层由Al2O3和MgAl13O40组成。
交流电源恒流条件下铝合金表面微弧氧化-黑化一体化处理[6]研究显示,钒酸盐对微弧氧化陶瓷膜的黑化效果具有决定性作用;黑色陶瓷膜色泽稳定,具有较高的显微硬度,并能对基体金属提供有效的腐蚀防护;黑色陶瓷膜主要元素组成包括O、Al、Si、V和P,膜中化合物主要以无定形态和/或微晶态形式存在,只发现少量的γ-Al2O3和ε-Al2O3晶体;黑色陶瓷膜为较为疏松的单层结构,其表面在微观尺度上粗糙不平,存在较为密集的尺寸为μm量级的微孔,并有明显的高温烧结痕迹和微裂纹;黑色陶瓷膜的微观结构与其形成机制有关。
ZL101铸造铝2硅合金微弧氧化陶瓷膜[7]生长分为3个阶段,氧化初期,电流密度较高,但膜层生长较慢。在膜快速生长阶段,膜生长速率达到极大值;膜生长进入平稳期后,基本保持恒定,样品的外部尺寸不再增加,膜逐渐转向基体内部生长;合金化元素硅的影响主要表现为氧化初期对膜生长的阻碍作用;铸造铝合金经过微弧氧化处理后,腐蚀电流大幅下降,极化电阻增加了几个数量级;较薄的微弧氧化膜同样大幅度提高了铝-硅合金的耐蚀性。
中性盐雾腐蚀试验法研究高强度铸造铝合金ZL205微弧氧化陶瓷膜[8]的结果表明,微弧氧化处理能显著提高ZL205的耐腐蚀性能,随着厚度的增加,陶瓷膜的耐腐蚀性能提高,但在厚度达到一定值后,陶瓷膜的耐腐蚀性能提高不明显;随着厚度的增加,微弧氧化膜的表面形貌和相结构都发生变化,从而导致微弧氧化膜的耐腐蚀性能发生变化。
2电沉积层
电沉积(electrodeposition)是金属或合金从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中电化学沉积的过程。是金属电解冶炼、电解精炼、电镀、电铸过程的基础。这些过程在一定的电解质和操作条件下进行,金属电沉积的难易程度以及沉积物的形态与沉积金属的性质有关,也依赖于电解质的组成、pH值、温度、电流密度等因素。吴向清等[9]利用电化学方法对ZL105铝合金表面电沉积Ni2SiC复合镀层的耐蚀性能进行了研究。结果表明,Ni2SiC复合镀层的表面形貌与纯Ni镀层截然不同,耐蚀性能优于纯Ni镀层,经过300℃×2h热处理后,耐蚀性能进一步得到提高。
3多弧离子镀层
多弧离子镀是真空室中,利用气体放电或被蒸发物质部分离化,在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时,将蒸发物或反应物沉积在基片上。离子镀把辉光放电现象、等离子体技术和真空蒸发三者有机结合起来,不仅能明显地改进了膜质量,而且还扩大了薄膜的应用范围。
其优点是薄膜附着力强,绕射性好,膜材广泛等。离子镀种类很多,蒸发远加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等。多弧离子镀采用的是弧光放电,而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。简单的说,多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源,通过靶与阳极壳体之间的弧光放电,使靶材蒸发,从而在空间中形成等离子体,对基体进行沉积。在ZL201铝合金表面多弧离子镀Ti-Cr-N涂层,并在Ti-Cr-N涂层上制备一层脂类薄膜[10]。结果表明:Ti-Cr-N涂层中的Cr以固溶体的方式存在于TiN晶体中,没有形成单独的CrN相;涂层可以有效提高ZL201铝合金的抗盐雾腐蚀的能力。
4化学复合镀层
在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒,使其与主体金属共同沉积形成镀层的工艺称之为复合镀。若采用电镀的工艺则称之为复合电镀;若采用化学镀的工艺则称之为复合化学镀。所得镀层称为复合镀层。原则上,凡可镀覆的金属均可作为主体金属,但研究和应用较多的是镍、铬、钴、金、银、铜等几种金属。作为固体微粒主要有两类,一类是提高镀层耐磨性的高硬度、高熔点的微粒;一类是提高镀层自润滑特性的固体润滑剂微粒。在铸铝表面制备Ni-P-金刚石化学复合镀层[11],结果表明,硫酸高铈能促进金刚石微粒进入镀层,随硫酸高铈含量增加镀液稳定性大幅提高后趋于平稳,Ni-P-金刚石复合镀层耐磨性优于Ni-P镀层,添加2mg/L硫酸高铈后进一步显著提高,与Ni-P镀层相比,复合镀层耐蚀性差,添加硫酸高铈后有所改善。
5化学转化膜
化学转化膜是使金属与特定的腐蚀液相接触,在一定条件下发生化学反应,在金属表面形成一层附着力良好的、难溶的生成物膜层。这些膜层,或者能保护基体金属不受水和其它腐蚀介质的影响,或者能提高有机涂膜的附着性和耐老化性,或者能赋予表面其它性能。化学转化膜由于是基体金属直接参与成膜反应而生成,因而与基体的结合力比电镀层和化学镀层大的多。几乎所有的金属都可以在选定的介质中通过转化处理,得到不同应用目的的化学转化膜,但目前工业上应用较多的是钢铁、铝、锌、铜、镁及其合金。化学转化膜同金属上别的覆盖层(例如金属的电沉积层)不一样,它的生成必须有基底金属的直接参与,与介质中阴离子生成自身转化的产物(MmAn),因此也可以说化学转化膜的形成实际上可看作是受控的金属腐蚀的过程。化学转化膜按膜的主要组成物的类型分为:氧化物膜,磷酸盐膜,铬酸盐膜,草酸盐膜等。
铝合金在大气环境下容易发生晶间腐蚀而破坏。目前应用的高强度铸造铝合金一般含有硅、铜、镁等元素,这些元素的加入增加了合金的腐蚀敏感性。其次是表面硬度低,容易磨损,外表光泽不能保持长久,所以要求有较高的保护措施。其中在铝合金表面上生成化学转化膜具有设备简单、成本低、投资省等优点。彭靓等[12]采用铬酸盐法在Y112合金上生成化学转化
膜,实验结果表明,该转化膜具有高的耐腐蚀性,并具有美观的金黄色外表面。
以锰酸盐和锆盐为主盐,在铝合金表面化学氧化得到的化学氧化膜[13]的腐蚀电位比铝合金试样的腐蚀电位正0.45V左右,腐蚀电流密度仅0.286μA/cm2;交流阻抗谱图低频端的阻抗值比铝合金试样的值大一个数量级;铝合金化学氧化膜外观呈金黄色,具有规则排列的柱状生长结构。
葛圣松等[14]用无铬化学方法在铸铝合金表面制得黑色转化膜,利用点滴试验评价了膜的耐蚀性能。分别采用扫描电镜及电子探针观察膜的形貌、测定其组成元素,最后提出了黑色膜的形成机理和耐蚀机理。
2.1总体性能
88式5.8mm狙击步枪在世界上首创将小口径弹用于狙击步枪,弹头飞行速度高,有效射程达800m,在1000m距离上可100%穿透3mm厚的A3钢板。在此距离内,其侵彻能力超过了85式7.62mm狙击步枪。
在使用5.8mm普通弹条件下,射击精度尚优于俄罗斯SVD狙击步枪、以色列伽利尔狙击步枪,接近国外采用高精度专用比赛弹的狙击步枪。
经过各种特殊环境条件的使用试验,88式5.8mm狙击步枪故障率低,可靠性好,使用安全。
2.2“三无”结构
该枪采用无托、无提把和无腮垫结构型式。
2.2.1无托结构
采用无托结构突出的思想是大大缩短全枪长度,改善机动性。同时设计成直枪托有利于抵肩射击时减小动力偶,提高射击精度等。
无托实际上是将枪托套装在机匣上,把机匣包容起来,使机匣与枪托合二为一,大大缩短全枪长度尺寸,减少枪托所占有的空间。
2.2.2无提把结构
虽然提把有利于战斗中转移阵地时携行,但其位置应接近全枪的质心,而这一位置正好是瞄准镜的位置,二者重叠,瞄准镜只有安置在提把上方,此时,瞄准镜连同提把的高度约75mm,提枪时要将提把与瞄准镜同时握持,最大的手也难以捏住;另外,从外形上看全枪高度尺寸大,显得臃肿,失去平衡感,瞄准镜位置高需要增加贴腮垫。不设置提把,全枪布局紧凑,协调美观。但要解决转移阵地时单手携枪的问题,为此确定了单手携枪的位置在瞄准镜座之前,在全枪质心位置靠前一点的上下护木部位,并调整了下护托右方尺寸的大小,使握持舒适,并保证握持部位与瞄准镜之间的空间。经过征求部队意见,认为可满足携枪的要求,达到了不设置提把的目的。
2.2.3无腮垫
大多数狙击步枪具有光学瞄准镜和机械瞄具两套瞄准装置,要使两套瞄准装置在瞄准上互不干涉,必须上下错开。一般光学瞄准镜的瞄准基线高于机械瞄具,也就是说要有不同的贴腮高度,但人们的平均贴腮高度是一定的,过高过低都会造成疲痨,从而影响射击效能。一般采取使用光学瞄准镜时,装上腮垫部件,而使用机械瞄具时,去除腮垫部件的方法,这样增加了变换瞄具时的操作,而且腮垫容易丢失。
88式5.8mm狙击步枪采用翻倒式机械瞄具结构,翻倒后,不影响光学瞄准镜瞄准。
使用机械瞄具时,可迅速卸下光学瞄准镜,将准星座和表尺座竖立,即可瞄准,快捷迅速,达到了两套瞄具具有相近的理想贴腮高度:机械瞄具50mm,光学瞄准镜51mm。简化了结构,提高了勤务性。
2.3瞄准具
88式5.8mm狙击步枪采用了光学和机械2种瞄具。光学瞄准镜具有3~9倍连续可调的放大倍率,分划内装定,调整简便,可快速精确瞄准目标;光学瞄准镜采用燕尾座与枪结合,由旗形手柄紧定,装卸快捷,重复装定精度高,不影响准确度。
机械瞄具直立时有可靠的定位,经试验长期重复扳倒与竖立,磨损量甚少,对射弹散布影响甚小。
2.4结构简单,一件多用
结构简单,模块化设计与一件多用是5.8mm狙击步枪的整体设计思想。全枪由枪身组件、枪机组件、复进机组件、发射机组件,枪托、上护盖和下护托、弹匣及脚架共9大部件组成。
发射机的全部零件组装后,共用一个弹簧同时起到击锤簧、阻铁簧、单发组铁簧、扳机簧的作用。发射机内还有阻铁保险、不闭锁保险,构成了多重保险功能。
枪托、上护盖和下护托3大件组成全枪的外形,每件与枪身连接的插销均连接在各自的本体上,不致散落。附件装在下护托的握把内。
轻便的两脚架,具有可拆卸、可折叠、火线高可调的功能。
2.5人机工效好
合理安排人机操作尺寸和位置,发挥武器的最大射击效能是狙击步枪至关重要的,设计时,根据成年人体尺寸和部标准——《枪械人机环设计要求》合理地确定了有关参数。
2.5.1优先确定瞄准装置的位置。瞄准镜眼罩到抵肩的合适距离是190~200mm,确定为195mm;表尺照门距离抵肩为245mm;因为是无托结构,这个距离较近,宜采用觇孔,对觇孔的大小试装了1.1mm×1.1mm,1mm×1mm,0.8mm×0.8mm3种小方孔,经部队使用试验确定优选为0.8mm×0.8mm;贴腮高度按人机环设计要求范围是50~75mm,为使用瞄准镜不致过高,使全枪质心接近枪膛轴线,最后,确定为51mm;表尺8个码的贴腮高度为50~53mm。
2.5.2扳机到抵肩的距离。这一距离对射手操作省力是极为重要的。因为是无托结构,握把与扳机要放在弹匣的前方,这就使得此距离过长,操作费力。为缩短此距离,使握把与扳机尽量靠近弹匣,所以采用直弹匣,以减小弹匣的总宽度;并将安装方式改成直插式,以减小装配距离。这样按照中国人的一般臂长,优化握把与扳机到抵肩的距离为365mm;并合理选择握把的形状,周长104mm,与枪膛轴线的夹角65°,使射手握持舒适省力。
2.5.3拉机柄与保险位置的设置。一般拉机柄均设置在枪机框上,由于是无托结构,拉机柄距抵肩距离太近则操作时使不上力,根据全枪的布局,枪机组件采用短导轨长导引,枪机框以一长管伸展到前方,在导杆上作辅助引导,拉机柄设置在枪机框前端长管的右前方,拉机柄距抵肩375mm,使装填操作自然省力。保险设置在机匣后下方,便于右手操作与左手托枪,或右手握枪左手操作,变换方便、迅速。
2.6应用新材料、新工艺
88式狙击步枪
性能数据
全枪长 920 mm
全枪重 4.1 kg
枪管长 620 mm
膛线 4条,右旋
初速 895 m/s
有效射程 800 m
弹匣容量 10 rds
扳机力 10.8~15.7 N
编辑本段缺陷——《5.8的重弹》
中国官方披露的5.8X42MM重弹,强调它的威力是85米射穿16MM的中碳钢板,1000米射穿3.5MM软钢板,(《兵器知识》2002年7期[中国5.8毫米重机枪弹]玉龙),实际上根本无法与美俄同类的5.56X45MM的M995,5.45X39.5MM的7N10/7N22,甚至7.62X39MM的7N23相比,因此在文中拿来与5.8毫米重弹比较的竟然是美俄的普通弹5.45X45MM的SS109(M855),5.45X39.5MM的7N6和7.62X54RMM的M1908,在《轻兵器》2001年9期[DBP87式5.8mm普通弹独占鳌头](范伟、王岐鹏)中已经介绍了5.8MM普通弹(简称轻弹)威力比SS109和7N6大,何以介绍5.8MM重弹时还要再一次去跟普通弹SS109和7N6过不去答案很简单,因为与同类增强威力弹一比,5.8重弹根本就是倒数第一.
先区别一下钢板和装甲钢,钢的含碳量介于生铁和熟铁之间,装甲钢是含有铬镍钼钒硅等成分的特种钢.通常装甲钢防穿甲弹的性能接近两倍厚度的普通钢.RHA指均轧装甲钢,中碳钢也就是普通钢.
以下为[国产运钞车存在的问题及发展设想]( 中国人民公安大学 朱得旭)的摘要,请注意所谓防弹钢板就是装甲钢:"防弹能力是最值得关注的问题之一,2.3mm厚的防弹钢板可以抵抗79式轻型冲锋枪使用51B式7.62mm手枪弹的射击,如果换成普通钢板则需要6mm以上的板。6.0mm的防弹钢板可以抵抗56式冲锋枪使用56式7.62mm普通弹以710m/s的初速度的射击,如果换成普通钢板则需要12mm以上的板。当使用硬质陶瓷及软质复合材料与胶粘接合成的防弹材料时,其厚度在12mm,背衬软质防弹材料可以抵抗79式狙击步枪以838m/s的初速度,使用53式7.62mm穿甲弹的射击。"
中国某邻国的专利号2123062的防弹钢板,2.5MM可以防7.62X25MM钢芯弹,6.5MM可防7.62X39MM热处理钢芯弹,2.5MM再加上5.8MM可以防7.62X54R钢心弹,这与前面所说的装甲钢也是相似.
以上两点足以说明装甲钢的性能远超普通钢.现代战车的装甲,是不会直接用普通钢板的,普通钢用来当作靶材主要是是经济上的考量.比较愚蠢的就是分不清钢板和装甲钢,典型的笑料是把网站上一张距离不详的M193,M855,M995三种5.56MM枪弹的穿甲威力对比图上的RHA说成钢板,国内的网站是可以业余到这个地步的.
另外,铝合金和钛合金装甲防护性能接近等厚的钢板,相对而言具有重量轻的优点.
接下来就可以比较一下威力了,美国M995弹,100米射穿12MM装甲钢.可以用M16A2步枪,M4和M4A1卡宾枪,M249机枪发射.俄罗斯7N10和7N22弹,100米射穿16MM的ST3钢板和10MM的装甲钢.能发射7N6普通弹的枪均可通用.5.8重弹是85米射穿16MM的中碳钢板,1000米射穿3.5MM软钢板.只能在88式狙击步枪和通用机枪上使用,那枪管,比人家最长的还长100MM(620MM VS 520MM),如果在普通步枪上发射,因为缠距和压力不匹配,不但发挥不了威力,反而损害枪管寿命.这是没法跟美俄比的.
可见在100米距离上,M995优于7N22和7N10,5.8重弹是倒数第一.在1000米距离上,美俄并没有给出数据,但是<>1998年第3期[小口径步枪钢弹头枪弹远距离侵彻性能分析](祁荣长)给出了一些参考:"9种枪弹在1000m处的钢心动能与断面比能,表2:
弹头 5.56SS109 5.56P112 5.56钢Ⅰ 5.56钢Ⅱ 5.56钢Ⅲ 5.8轻 56式7.62普 56式穿 53式普
1000mV996(m/s) 281 275 270 - 281 240 224 - 308
钢心动能E钢心(J) 26.1 43.5 145.8 - 156.7 41.8 106.3 - 223.9
钢心断面比能(J/cm2)153 255 571.4 - 614.4 319.7 359.4 - 761
从表2可以看出,5.56mm钢弹头在1000m距离上与53式7.62mm普通弹钢心断面比能接近,也就是说5.56mm钢弹头在1000m处的侵彻和穿甲性能有可能与53式7.62mm普通弹相近。这就为小口径枪弹的弹药通用化开辟了一条新的技术途径。表3为5种弹头在1000m处的侵彻情况。"
"表3 5种弹在1000m处的侵彻情况
弹种 5.56SS109 5.56P112 5.56钢弹头 5.8轻弹 5.8钢弹头
V5(m/s) 946 948 947 933 945
弹头质量(g) 4.0 4.0 3.97 4.15 4.35
钢心质量(g) 0.66 1.15 3.97 1.45 4.35
钢心直径(mm) 4.66 4.66 5.70 4.08 6.02
1000m落速(m/s) 281 275 281 240 227
1000m处
侵彻3.5mm厚A3钢板 中靶数 17 7 26 6 15
穿透数 0 0 25 0 0
穿透率(%) 0 0 96.2 0 0
1000m处侵
彻钢木复合目标木板深度 中靶数 13 8 13 12 11
平均穿深(mm) 12 35.4 68.3 11.0 22.7
注:木板穿深为弹头或钢心尖部达到的深度。"
"从5种枪弹侵彻目标的情况可以看出,5.56mm钢弹头枪弹由于弹头是钢心,所以落点动能大,断面比能也大,在1000m距离上可以穿透3.5mm厚的A3钢板,且穿透率达96.2%,此指标达到了5.8重弹在1000m距离处侵彻A3钢板的指标要求;5.56钢弹头穿透钢木复合目标深度达40mm(平均值),也就是说穿透单兵防护后杀伤有生目标是没有问题的,此项侵彻结果也接近5.8重弹的指标要求。这说明钢心断面比能在侵彻硬目标中起决定作用。"
"我们在试验中发现,弹头质量相同落速相同的不同结构弹头的侵彻性能差异很大。5.56钢弹头在1000m处的侵彻性能超过了目前所有的同类小口径枪弹,其主要原因就是弹头的全部能量都参加了侵彻钢板作功。"
可见5.56MM钢弹头都已经跟5.8重弹不相上下,要知道美军的M995的弹头是钨芯的,当前世界上的穿甲弹的弹芯材料,除了最好的贫铀,其次就是钨合金,钨弹芯穿甲力远远高于钢芯,5.8重弹根本不是对手.与M995同样设计的7.62X51MM北约标准的M993弹,可以射穿300米处15MM的装甲钢,几乎相当于苏联12.7X108MM普通弹的穿甲威力,俄罗斯草菅人命的2S19型152MM自行榴弹炮的炮塔装甲就是15MM,M995在测试中射穿了俄罗斯的铝合金伞兵战车的一侧装甲.
最后看俄罗斯的5.45MM,7N6把钢芯放在铅套后面的结构是最不利于穿甲的,铅套前面有很大的空腔,使得改进余地较大,虽然5.45MM的口径与美国5.56MM和中国5.8MM比起来是最小的,但普通弹弹头的长度却最长,更不要说长径比了,相同重量下最适合于设计长径比的穿甲弹芯.
[小口径步枪钢弹头枪弹远距离侵彻性能分析]一文没有提到5.45X39.5MM钢弹头,差不多的钢弹头,当然是长径比越大越好,该文说5.56钢弹头要比5.8钢弹头好,对5.45钢弹头故意不提,结果极可能是不会低于5.8钢弹头的.
国外记者曾经亲自试射5.45X45MM的RS101(EP),5.45X39.5的7N6(SC),7N10(EP),7N22(AP),7.62X39的7N23(AP),57N231S(SC),7.62X51的RS51(EP),7.62X54R的7N13(EP)几种弹,SC指钢芯,EP为增强穿透,AP为穿甲,目标为100米的三种靶材,5MM和10MM装甲钢,16MM的ST3普通钢,证明EP弹和AP弹能全部射穿.
俄罗斯的7N6和57N231S弹芯,是用65G,70-75号钢冲压再热处理使硬度达到60-65HRC.而前述EP弹,是将弹芯前段设计成保留直径1.8MM平顶的弧形,以提高穿透能力.AP弹弹芯采用的是U12A型高碳特种钢,外形为特殊加工.39倍口径身管发射普通榴弹,全弧弹射程24公里,局部弧型弹射程18公里,这是同样的原理.唯一的代价就是加工比较难.俄罗斯还没象美国M995弹那样用上碳化钨芯.而美国M995的钨芯还是连局部弧形都算不上.双方潜力都还是很大的.
以下是国际上公开的一个数据,表格内的数据左为距离,右为穿透百分比.
弹种 16MMST3钢板 5MM装甲钢板 6MM钛板+15层凯夫拉6BZTM防弹衣
7.62X39普通弹 100米0% 100米80% 100米0%
7.62X39穿甲弹(7N23) 100米100% 330米100%/400米60% 250米100%
5.45X39.5普通弹(7N6) 100米0% 100米0% 100米0%
5.45X39.5穿甲弹(7N22) 150米100%/220米80% 250米95% 250米100%
5.45X39.5增强穿甲力弹(7N10)100米100% 150米100% 200米100%(6ZH85T防弹衣)
从表中可见,5.45普通弹无一射穿,而7.62普通弹只能部分射穿100米处5MM装甲钢,7.62穿甲弹综合威力最大,7N22型5.45穿甲弹150米射穿16MM钢板,比7N10远了50米,而7N10只能射穿200米处5MM的装甲钢,7N22比这稍微高些,几乎100%射穿250米处的5MM装甲钢.对于7N10,俄罗斯的资料声称是用来对付1200米远的无防护目标,1000米远的轻装甲(通常指铝/钛合金)后的目标,900米远的空中目标.水平不会比5.8MM重弹低到哪里,何况7N10射穿16MM钢板的距离是100米,超过5.8重弹的85米,7N10毕竟是92年的老东西了,96年的7N22比更是上了一个大台阶(见上表),02年中国披露5.8MM重弹时连10年前的7N10都不敢拿来比,跟在5.8MM轻弹后面去贬低人家70年代的7N6弹,实在是可笑.
从表中也看出,俄罗斯针对使用的7.62X39MM弹的传统AK47/AKM而开发的7N23弹,威力比7N22还要高,从<>1998年第3期[小口径步枪钢弹头枪弹远距离侵彻性能分析](祁荣长)的表2中也可见7.62X39MM普通弹在1000米处比5.8轻弹要强.更不要说7N23弹.
未来战争,装甲车辆,复合防弹衣将普遍应用,以16MM普通钢和3.5MM软钢以及用钢板加松木的传统方式,不足以体现未来的挑战,连装甲钢,钛板加多层凯夫拉都可以省略,整天跟人家几十年前的普通弹比,只会为国际社会增添更多笑料.
7N10(10.7克),7N22(10.75克),M995(11.66克)的重量都比5.8普通弹(12.5克)轻,威力却比5.8重弹高.
5.8MM重弹看来只能是倒数第一的了.能够在倒数第一前面加上"永远",应该感谢的"勤劳勇敢"的中国人民.请注意有些资料中的"吨"应为"吨度",指的是10公斤三氧化钨,中国现在每年"官方统计"出口几千吨钨,如果算成吨度就是几十万.
前面已提到,钨是仅次于贫铀的穿甲材料,贫铀的使用对环境造成巨大危害,使得钨成为常用的材料.专用穿甲弹芯几乎都是钨制的.钨是不可再生的战略稀有资源,号称"工业牙齿",主要用于工业刀具,照明用钨丝等.随着特种钢,特种合金的运用不断增加,钨的重要性越来越高.连高档钨刀具都造不了而要去依赖进口的国家,国防工业基础是不足以发动影响世界的战争的.有的国家虽然钨矿少,但加工技术先进并进行可观的战略储备,而另外一些国家虽然有钨矿,但无法进行精加工,只会贱卖初级产品,徒有大国虚名.
以下就是中国公开的有关报道,相关更多的资料不再赘述:
"在世界钨基础储量中,中国占35.5%,加拿大、俄罗斯各占15%、13.5%左右,美国约占6.5%。(2004年)"
"中国目前是用占全世界35%的不可再生的钨资源,廉价供应了全球80%的钨需求。一边是我们大量出口初级钨产品,一边是国外大量进口钨矿而对本国钨资源实行战略储备,而后再生产高附加值产品返销我中国。"
"据钨业界人士分析,原有色金属总公司直属的18个大中型矿山,其中生产服务年限10年以下的有9个。这9个矿山年产钨精矿1万t以上,预计七八年后即将消失。特别是现有10个大型黑钨矿山,是钨资源优势的骨干矿山,但其中8个矿山已开采了几十年进入到中晚期,还有两个黑钨矿山储量虽大,但开采品位低,难以堪当后备基地。我国白钨矿虽然储量多,但贫矿多,选难矿多,有85%的白钨矿资源达不到矿山保本的最低品位,难以开发利用。因此,白钨矿如果近10年内选矿技术还不过关,白钨矿没有优势可言"
"钨是稀有金属,也是重要的战略物资。我国是产钨大国,钨资源储量520万吨,占世界总储量的65%,产量及出口量均居世界第一。但近年来由于乱开乱采,以原材料和低附加值的形式出口,并无序竞争,使我国钨矿资源正以惊人的速度流失。据一项最新统计,四年来,竟流失了120万吨,致使我国钨资源储量占世界总储量的百分比下降到了46%."
-------中国矿业网(国土资源部矿产开发管理司、中国矿业联合会主办[来自我国钨行业的警示录
2005年01月11日] 07:02:23新华网江西频道 [冶金专家李正邦院士呼吁抢救钨矿资源刻不容缓](中国科技信息研究所加工整理)
因为铅的密度高过钢,一方面能够使弹丸体积较小,减少飞行阻力,另一方面比较软,有利保护膛线,是枪弹中的常用填充材料,但铅会污染土壤和危害人的健康,美军每年要消耗2亿发以上5.56MM枪弹,为了保护本土的环境,美国94年就开始生产"绿色子弹"(约600万发),方法就是用钨来代替铅,其中的钨,几乎完全来自中国.连普通弹都用上钨,其他国家望尘莫及.
中国对出口钨矿采取出口退税的优惠待遇,是一种鼓励钨出口的做法.曾使得世界钨价暴跌.在各地实际上每年都在超产30-60%,"2004年国土资源部下达的钨精矿生产指标为5.2万吨,折合钨金属量2.68万吨,而据海关统计,当年钨品(钨金属量)出口量却高达2.8万吨,当年全国钨精矿超产60%"(----2006年04月05日 09:27 产经网-中国矿业报 )。超量出口已是家常便饭,原先90年代初预计钨矿储量维持到2020年的计划,自从90年代末钨矿出口突然从每年千吨以下上升到5-6000吨后,早就成了白日梦.
在中科院网站上一篇[关于保护白云鄂博矿钍和稀土资源 避免黄河和包头受放射性污染的紧急呼吁](作者:徐光宪等) 中,钨矿已经是"覆辙"了:
"前苏联把白云鄂博主东矿设计为单纯的铁矿,未考虑稀土和钍的综合利用,是一个错误的决策。自1958年包钢投产以来,主东矿已开采2.5亿吨,尚余3.5亿吨。现在开采量达每年1000万吨,照此开采下去,主东矿不到35年就开采完毕,我国将成为稀土和钍的资源小国,重蹈钨矿的覆辙。"
在剩下的屈指可数的若干年里,美国俄罗斯从来也决不会停下来等待中国.5.8重弹在钨多的时候倒数第一,钨少后那就更是永远倒数第一了。
M40A3型7.62毫米狙击步枪,使用北约7.62-51子弹,加10倍固定式瞄准镜,1/1000英寸十字刻度,有效射程1000码。
M40A3狙击步枪是以雷明顿M700高精度民用步枪为基础研制的非自动步枪,主要用于中等距离上杀伤重要有生目标。
枪托 该枪采用旋转后拉式枪机,枪机的后拉与前推操作较轻便。
枪管 现役枪配装施奈德公司制精密射击用重型不锈钢枪管,膛线6条、右旋,导程290mm。
枪托 该枪采用麦克米兰A4战术型枪托,枪托上有可调式贴腮板。该贴腮板采用铝芯结构,表面贴有一层柔软的聚氨脂橡胶,贴腮感觉舒适。
导轨 枪上配有M1913皮卡汀尼导轨,用于安装光学瞄准镜。该导轨采用桥式设计,不影响从抛壳窗装弹。
瞄准装置 该枪无机械瞄具,只能采用光学瞄准镜。枪上除了安装维纳特尔10倍瞄准镜之外,还可安装AN/PVS-10式8.5倍夜视瞄准镜。本文的M40A3装有施密特-本德3-12倍变倍瞄准镜,该瞄准镜已被美军授予制式编号M8541。据说海军陆战队今后将用M8541瞄准镜取代维纳特尔10倍瞄准镜,用于M40A3狙击步枪。
两脚架 该枪配用S型可自由变向式哈里斯两脚架。
弹仓 该弹仓为整体式,与枪身连成一体,容弹量5发。枪弹从抛壳窗装入弹仓。
使用枪弹 该枪使用7.62×51mmNATO步枪弹,也可使用美国M118 LR7.62mm步枪弹。
追问:
你说了一大堆子弹 M40A3不够详细! 从个方面性能数据都没有! 两种枪相比有哪些长处 和缺点