新型炮管材料的研发

　　现代火炮系统不断向远射程、大威力的方向发展，要有更快的弹丸速度、更高的炮口能量，要使用先进的发射药，因而炮管将承受更高的火焰温度，炮管内膛的烧蚀磨损情况也将更加严重，使炮管的寿命问题成为火炮发展所面对的最大挑战。另一方面，近年火炮轻量化的需求日益突出，减薄钢炮管的厚度，代之以高强度、高模量、高韧性的复合材料，不仅可以减轻炮管质量，还可以更好地平衡炮管，以便使用更小的驱动系统，从而减轻整个武器系统的质量。
　　一、钢内衬/聚合物基复合材料。
　　目前钢内衬复合炮管技术研究中取得最大进展的是美陆军贝尼特实验室研制的钢内衬/聚合物基复合材料（碳纤维、玻璃纤维）炮管。与钢相比，玻璃/聚合物复合材料的强度（在纤维取向方向）与钢相同，密度却只是钢的1/3；碳/聚合物复合材料的强度（在纤维取向方向）则比钢高3~4倍，而密度仅是钢的1/5。贝尼特实验室将纤维材料直接缠绕在薄壁钢炮管上制成包缠保护套的复合炮管，炮管的质量大大减轻，同时还可以使炮管材料发生弹性变形，在炮管内产生有益的预压缩应力，从而提高炮管的性能。
　　二、陶瓷内衬材料。
　　与炮钢相比，陶瓷材料具有优良的高温性能、高硬度、低密度的优点，代替钢作为炮管内衬可以减轻炮管质量、提高炮管烧蚀磨损寿命，使火炮能承受更高的炮口动能和更高的膛压。实验表明，陶瓷材料的抗烧蚀性能明显优于钢，也比Cr、Ta要好，适宜作炮管内衬材料，但是实际应用中必须克服陶瓷材料低韧性、易发生脆性断裂的缺陷。美国陆军研究实验室评估了陶瓷炮管的可行性，预测使用陶瓷内衬炮管可以使炮管寿命提高50%，炮管单位长度的质量降低5%~25%，直接火力的炮口动能增加20%。经过承压模拟、热破坏评估及烧蚀试验，SiAlON和氮化硅基陶瓷材料表现出最好的综合性能（热稳定性、强度、断裂韧性、热传导和弹性模量），成为炮管内衬的优选材料。美国陆军研究实验室进行SiAlON陶瓷内衬高拉紧缠绕复合炮管的射击试验，验证了陶瓷内衬炮管的可行性。
　　三、高熔点金属内衬材料。
　　要抵抗高能发射药带来的极高火焰温度，除陶瓷材料外，高熔点金属材料铬、钽、钽合金、钨等也可以作为抗烧蚀内衬的优选材料。内膛镀铬工艺早已被广泛应用，但在电镀过程中铬层易产生大量裂纹，高温的发射药气体顺着裂纹到达钢基底，使熔点较低的钢转化成碳化物和氧化物，致使铬层纷纷脱落，暴露出的钢炮管的烧蚀变得越来越严重。这种情况下，使用厚的高熔点金属内衬管，可以起到更好的抗烧蚀作用。美国TPL公司在25 mm中兰州厚壁无缝钢管www.zhonglusm.com bd以及120mm管件中的金属内衬应用试验中证明，含5%~10%钨的钽合金是可行的金属内衬材料，虽然Ta-W合金衬管的材料和制造费用很高，但它的抗烧蚀磨损寿命达到了镀铬炮管的3倍，完全可以补偿原材料所花费的高成本。