298厂的事排在后头。
林振回到749院三号楼地下实验室的时候,天刚亮,走廊里的日光灯还没开。他从工具箱里翻出那张压电引信的草图,用图钉钉在黑板左侧。
耿欣荣跟在后面进来,手里抱着一个木头箱子,箱子里垫了棉花,棉花里头嵌着十二块pZt-4压电陶瓷片。
“库房就剩这些了。”耿欣荣把箱子放在实验台上,“卢院长去年从景德镇特种陶瓷厂调来的,一共二十块,之前给声呐项目用了八块。”
林振拿起一块看了看。圆片形,直径十二毫米,厚度两毫米。表面有一层银电极,颜色发灰,边缘有一道肉眼勉强能看见的磨痕。
“批次号多少?”
“六四年第三批。”
六四年的货,在库房里躺了快两年。林振用指甲弹了一下陶瓷片边缘,听声音,清脆,没有闷音,说明内部没有裂纹。但两年的存放,极化强度会衰减。衰减多少,得上测试台才知道。
11式狙榴的引信结构,林振在脑子里已经转了上百遍。
弹头撞击暗堡拐角内壁,速度从七十五米每秒降到零,撞击过载大约在八千到一万两千个G。pZt-4压电陶瓷在这个过载下产生瞬间高压脉冲,击穿雷管引线间隙,点火。
但不是撞上就炸。
要延迟零点一五秒。
零点一五秒,弹头以残余速度在L形通道里滑行或翻滚,从撞击点运动到拐角后方。八十克装药在拐角后方爆炸,超压无处泄散,通道里的人没有活路。
撞上就炸,超压往射击口方向泄出去大半,杀伤效果打对折。
延迟太久,弹头可能已经嵌在沙袋或者墙壁里停住了,爆炸威力被泥土和碎石吸收。
零点一五秒。正负不超过零点零二秒。
这个精度,靠机械延迟药柱很难做到。药柱的燃速受温度、湿度、储存时间影响,在南线三十五度高温和百分之九十以上湿度的环境下,燃速偏差可能达到百分之十五到二十。零点一五秒的百分之二十,就是零点零三秒,超标了。
所以林振设计了一个两级引信:第一级压电瞬发,撞击后一毫秒内产生脉冲;脉冲不直接点雷管,而是点燃一段极短的延迟药柱;药柱烧完,火焰传到雷管,起爆。
延迟药柱只有一点八毫米。
b/Kclo4延迟药,标准燃速每秒二十毫米。一点八毫米的药柱,理论燃烧时间零点零九秒。
差了零点零六秒。
剩下的零点零六秒由压电电路的Rc延迟回路补上。电容充电到击穿电压需要时间,调整电阻和电容的参数,可以把这段时间精确控制在零点零六秒。
两段串联,总延迟零点一五秒。
理论上。
“开始吧。”林振把陶瓷片放回棉花里。
上午八点,实验台上摆开了全部家当:十二块pZt-4、一台信号发生器、一台示波器、一盒b/Kclo4延迟药粉、模拟雷管、电阻电容若干、焊锡、镊子、万用表。
第一次测试,林振用标准参数搭了Rc回路。电阻一百千欧,电容零点四七微法。理论延迟时间四十七毫秒,加上药柱九十毫秒,总计一百三十七毫秒。
差了十三毫秒。
调电阻,一百二十千欧。
第二次,示波器上的波形跳了一下。延迟读数一百四十四毫秒。差六毫秒。
调电容,零点五微法。
第三次,一百五十二毫秒。超了两毫秒。
林振没说话,把电容换回零点四七,电阻调到一百一十五千欧。
第四次,一百四十八毫秒。差两毫秒。
够了吗?正负两毫秒,在零点零二秒的允许范围内。
不够。
因为这是实验台上的数据。实验台上温度二十度,湿度百分之四十五。南线丛林里温度三十五度,湿度百分之九十以上。温度每升高十度,pZt-4的压电系数d33下降百分之三到五,输出电压降低,Rc回路的充电时间跟着变。
林振需要把常温下的延迟精度控制在正负一毫秒以内,给温度漂移留出余量。
正负一毫秒。
他看着示波器上那条绿色的线,开始换陶瓷片。
十二块pZt-4,每一块的压电系数都不完全一样。景德镇六四年第三批的产品,烧结温度的均匀性有限,批内差异可能达到百分之八。
第五次,换了第二块陶瓷片。延迟一百五十一毫秒。超了一毫秒。
第六次,第三块。一百四十六毫秒。差四毫秒。这块压电系数偏高,输出电压大,电容充得快。
林振在笔记本上记下每一块陶瓷片的编号和对应的延迟值。耿欣荣在旁边帮忙换线,每次焊接前先用酒精擦触点。
到中午十二点,十二块陶瓷片全部测完一轮。最好的一块延迟一百四十九毫秒,差一毫秒。最差的一块延迟一百三十八毫秒,差十二毫秒。
“废了五块。”耿欣荣数了数本子上打叉的记录。
林振没理他。他把剩下的七块挑出来,开始调Rc参数,每一块单独配电阻电容。
下午,魏云梦从资料室下来了。她手里拿着一叠稿纸,是弹道计算的初步结果。
“弹道的事先放一放。”林振头也没抬,“你帮我算一下pZt-4在三十五度和四十度下的d33衰减系数。”
魏云梦把稿纸放在桌角,拉了把凳子坐到示波器旁边。她翻了几页那本德文手册,找到压电材料的温度特性曲线。
“d33在二十度是三百七十四p,三十五度大约三百五十六,四十度三百四十八。衰减率百分之四点八和百分之六点九。”
林振在脑子里过了一遍。d33降百分之四点八,输出电压降百分之四点八,Rc回路充电时间增加……他闭眼算了三秒。
“三十五度下延迟增加两到三毫秒,四十度增加四到五毫秒。”
那就是说,常温下延迟精度必须控制在一百五十正负零点五毫秒,才能保证高温环境下总延迟落在一百五十正负五毫秒的窗口内。
正负零点五毫秒。
耿欣荣把记录本往后翻了一页,看见全是叉。
下午两点到晚上九点,林振用那七块陶瓷片反复测试。每一块配不同的Rc参数,每次测完记录,调整,再测。
第十五次,一百五十点三毫秒,差零点三。
林振盯着示波器看了五秒,把这块陶瓷片编号标记为A-7。
“再来一次。”
第十六次,同一块片子,同样参数。一百四十九点八毫秒。差零点二。
方向反了。上一次偏高零点三,这一次偏低零点二。重复性不行。
问题出在哪?
林振把陶瓷片从夹具上取下来,凑到台灯下看。十二毫米的圆片,银电极表面有细微的划痕,这是之前测试时镊子夹的。
“电极接触不良。”他把陶瓷片放下。
银电极太薄了。景德镇的工艺,银浆丝网印刷,厚度大约五到八微米。镊子一夹,表面就有微损,接触电阻变了,每次测的值都不一样。
问题不在Rc回路,在陶瓷片本身。
第十七次到第二十五次,林振试了不同的夹持方式,铜弹簧片压接、导电银胶粘接、锡焊引线。每种方式测三遍。
弹簧片压接:重复性正负一点二毫秒。不行。
银胶粘接:等胶固化需要两个小时。固化后测试,重复性正负零点八毫秒。勉强。但银胶在四十度以上会软化,接触电阻又飘了。
锡焊:焊接温度三百多度,pZt-4的居里温度是三百二十度。焊上去的一瞬间,陶瓷片局部去极化,d33直接掉百分之三十。废了一块。
剩六块。
晚上十点,耿欣荣的眼皮开始打架。林振让他去隔壁休息室躺一会儿。
魏云梦没走。她把弹道计算的结果整理完了,坐在实验台对面,看林振一个人捣鼓。
第二十六次,林振换了思路。他不焊了,也不用银胶。他用一小片铟箔,从库房找来的,原本是真空密封用的,垫在电极和引线之间,靠夹具的机械压力保持接触。铟很软,接触面积大,接触电阻低且稳定。
测试,一百四十九点六毫秒。
再测,一百五十点一毫秒。
再测,一百四十九点九毫秒。
三次读数:149.6、150.1、149.9。
重复性正负零点三毫秒。
林振的手停在示波器旋钮上。
还差一点。
正负零点三,高温下可能飘到正负五点三。需要正负零点五以内,高温下才能控制在正负五以内。
第二十七次,他重新检查夹具的夹紧力矩。力矩太大,铟箔被压死,弹性消失;力矩太小,接触不紧。他凭手感调了四分之一圈螺丝。
149.8。
第二十八次,150.2。
第二十九次,149.7。
正负零点三,没变。
问题不在接触了。
林振把陶瓷片拿起来,对着日光灯管转了半圈。十二毫米的圆片,厚度两毫米。他用千分尺量了一下厚度。
一点九七毫米。
标称两毫米,实际一点九七。公差三十微米。景德镇的研磨精度就这水平。
三十微米的厚度偏差,对压电输出的影响是多少?
pZt-4的压电电压输出V=g33xtxt,g33是压电电压系数,t是应力,t是厚度。厚度偏差百分之一点五,输出电压偏差百分之一点五。
一点五,不大。但叠加上陶瓷片内部极化不均匀造成的d33分布差异……
林振沉默了十几秒。
“问题在陶瓷片的厚度均匀性。”他开口了,声音有点哑,说了一整天的话加上粉尘。
魏云梦抬头:“你要重新研磨?”
“对。”
魏云梦看了看表,晚上十点四十。
“手磨?”
“你见过749院有平面研磨机吗?”
没有。
第三十次测试之前,林振从工具箱底层翻出一块金刚石研磨膏和一块光学平晶。光学平晶是他从298厂顺回来的,准确说是298厂去年报废的一块,卢子真拿来当镇纸,被林振要走了。
他把A-7号陶瓷片放在光学平晶上,挤了一点研磨膏,开始用手指按着陶瓷片画圈。
力度极轻,手指的压力不超过两百克,画一圈大约三秒,直径不超过五毫米的小圈。
磨了十分钟,用千分尺量,一点九六二毫米,磨掉了八微米。
再磨五分钟,一点九五八。
林振翻过来,磨另一面,保证两面的平行度。
二十分钟后,厚度:一点九五零毫米。两面平行度偏差小于两微米。
他把磨好的陶瓷片装上夹具。铟箔垫好,螺丝拧紧。
第三十次。
示波器上的绿线跳了一下。
149.9毫秒。
再测,150.0。
再测,150.1。
再测,149.9。
四次读数:149.9、150.0、150.1、149.9。
正负零点一毫秒。
魏云梦站起来,走到示波器跟前,低头看了看屏幕上的波形。
波形干净,上升沿陡峭,没有毛刺,没有振铃。
她回头看林振。
林振的右手食指和中指指尖磨出了红印子,金刚石研磨膏的细颗粒嵌在皮肤纹路里。
“还有五块要磨。”他说。
魏云梦走到洗手池边,拧开水龙头,打湿了一块纱布,走回来递给他。
“先擦手。”