舰船与新材料
复合材料在军工方面的应用

复合材料在军工方面的应用随着军事技术的不断进步,军工行业对于材料的需求也随之提高。
复合材料以其轻量化、高强度、高刚度等优点成为军工材料领域中的重要角色。
本文将着重介绍复合材料在军工方面的应用。
一、复合材料在军用飞机、舰艇中的应用1. 军用飞机复合材料作为航空工业中最重要的新材料之一,在军用飞机的制造中占有重要地位。
例如美军的F-22和F-35战斗机以及俄军的苏-57战斗机等都采用了大量的复合材料。
由于复合材料的轻量化和高强度,军用飞机可以在巨大飞行高度和高速的情况下保持较低的油耗和较高的机动能力。
而且,复合材料在军用飞机的燃料效率方面也具有重要的作用。
2. 军用舰艇复合材料同样在军用舰艇中具有广泛的应用。
美国海军的“阿利·伯克”级导弹驱逐舰以及“弗吉尼亚”级攻击核潜艇均采用了复合材料。
复合材料的高刚度、高强度和轻量化等特点,使得军用舰艇在保障航海安全和有效作战时具有了更好的机动能力和灵活性。
1. 坦克坦克是军事领域中装甲攻击的代表装备,在保障作战安全方面具有重要作用。
复合材料在坦克中的应用可以有效地减轻坦克本身的重量,同时提高装甲强度和抗冲击性能。
俄罗斯的T-14“阿玛塔”主战坦克就采用了不少于50%的复合材料。
2. 陆军车辆复合材料在陆军车辆中也具有广泛应用。
例如英军的战术侦察车辆“雅格尔”就采用了大量的复合材料和玻璃钢构造。
复合材料的轻量化和高刚度不仅提高了车辆的燃油经济性和机动性,而且也增加了车辆的承重能力和抗击性能。
三、结论除上述领域外, 复合材料在军工行业的其他应用还包括:1. 导弹技术复合材料作为导弹中的重要材料,主要用于导弹外壳和尾翼等部分的制造。
复合材料的高强度和轻量化可以减少导弹的自重,提高导弹的飞行速度和机动能力,同时也增强了导弹对于内部恶劣环境的耐受性。
2. 人造卫星由于复合材料具有轻质、高强度、高温和耐腐蚀等优点,它在航空和航天等领域多有应用。
在人造卫星的制造领域中,复合材料同样不可或缺。
船舶工程中的新技术与新材料研究

船舶工程中的新技术与新材料研究
新技术与新材料研究:
随着新技术的出现,船舶工程也受到了很大的影响。
新技术的运用使
得船舶建造更加可靠、方便、安全,也为船舶建造带来了更多的可能性。
新技术提高了船舶建造效率,减少了劳动力和成本,也为船舶设计提供了
更大的自由度。
目前,船舶工程中重要的新技术及材料包括节能技术、推进装置、柔
性舱壁技术、船体声学和动力控制等。
这些新技术和材料的运用可以提高
船舶性能,使其更节能、安全、便捷、可靠。
首先,节能技术是船舶工程中的一种重要新技术,包括提高船体效率、优化推进方式、改进油耗控制和升级活动装置等。
节能技术还可以提高船
舶发动机的能效,降低热噪声,改善船舶航行环境,减少船舶碳排放。
其次,船舶工程中的推进装置也是一种重要的新技术,它使用柔性系统,实现更快、更准确的航向控制,减少燃油耗量,降低船舶发动机的噪音,改善船舶行驶过程中的稳定性和推进效率。
推进装置还可以提升船舶
的转弯灵敏度,减少船舶操纵困难的现象,实现精确的航向控制。
另一种重要的新技术是柔性舱壁技术,它可以缓解船舶航行过程中的
振动和噪音,提高船舶隔声性能。
造船材料的变化趋势分析

造船材料的变化趋势分析
随着科技的发展和船舶工程的进步,船舶建造材料的变化趋势主要体现在以下几个方面:
1. 轻量化:船舶材料的轻量化是船舶建造的重要趋势。
轻量化材料可以降低船舶的自重,提高船舶的载重能力和航行速度。
因此,船舶建造材料逐渐向高强度、高韧性、轻量化的复合材料、铝合金、镁合金等方向发展。
2. 耐腐蚀:由于船舶在海洋环境中长时间航行,需要具有优良的耐腐蚀性能。
因此,船舶建造材料逐渐向不锈钢、镍基合金、耐腐蚀铝合金等方向发展,以保证船舶在恶劣海洋环境中的使用寿命。
3. 可持续性:随着环保意识的增强,船舶建造材料的可持续性也成为发展趋势。
可再生材料和环保材料的应用将逐渐在船舶建造中得到推广,以降低船舶建造对环境的影响。
4. 先进制造技术:船舶建造材料的变化趋势也与先进制造技术密切相关,例如3D打印技术、先进材料加工技术等的应用将为船舶建造材料带来革命性的变化。
总的来说,船舶建造材料的变化趋势是向轻量化、耐腐蚀、可持续、先进制造技术方向发展的。
这些变化将使船舶拥有更好的性能和更长的使用寿命,也更符合
环保要求。
海洋工程中的新材料应用与发展

海洋工程中的新材料应用与发展在当今世界,海洋工程的发展对于人类探索和利用海洋资源、保障海洋安全以及推动经济增长具有至关重要的意义。
而在海洋工程的不断进步中,新材料的应用无疑是其中的关键驱动力。
这些新材料不仅为海洋工程带来了更高的性能和可靠性,还为解决一系列技术难题提供了新的途径。
一、海洋工程中新材料的类型1、高强度金属材料高强度钢在海洋工程中得到了广泛应用。
例如,屈服强度更高的钢材被用于建造海洋平台的支撑结构,能够承受巨大的海洋载荷和恶劣的环境条件。
钛合金因其优异的耐腐蚀性和高强度重量比,在深海装备制造中表现出色,如深海潜水器的外壳等。
2、高性能复合材料纤维增强复合材料,如碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强复合材料(GFRP),在海洋工程中的应用日益增多。
它们具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,适用于制造海洋船舶的上层建筑、桅杆等部件,能够减轻船舶重量,提高航行性能。
3、防腐涂层材料海洋环境中的腐蚀问题严重影响着海洋工程设施的使用寿命。
新型防腐涂层材料,如陶瓷涂层、有机硅涂层等,能够有效地保护金属结构免受海水腐蚀和生物附着。
4、智能材料智能材料如形状记忆合金、压电材料等在海洋工程中也展现出了独特的应用前景。
形状记忆合金可以用于制造自修复的海洋管道连接件,当管道出现裂纹时,能够自动愈合。
压电材料则可以用于海洋结构的健康监测,通过感知结构的振动和应力变化,及时发现潜在的损伤。
二、新材料在海洋工程中的应用实例1、海洋平台在海洋平台的建造中,高强度钢材的使用使得平台的结构更加稳固,能够承受更大的风浪和海流冲击。
同时,复合材料的应用减轻了平台的重量,降低了建设和运营成本。
例如,采用碳纤维复合材料制造的平台栏杆,不仅强度高,而且耐腐蚀,减少了维护工作量。
2、海洋船舶高性能复合材料在船舶制造中的应用越来越广泛。
如豪华游艇的船体和甲板部分采用复合材料制造,不仅外观美观,而且航行速度更快,燃油消耗更低。
此外,新型防腐涂层材料的应用延长了船舶的使用寿命,降低了维修成本。
舰船与新材料1 (1)

舰船与新材料综述:自二战太平洋战场中的珍珠港海战,中途岛海战展现出对战局的重大影响,战舰的重要性就被诸多军事家注意到,而近几年来,我国的南海海域遭受诸多挑衅,与我国相比较较弱的海军实力有着较大的关系。
美国海上力量的快速发展也警示着我们这不是一个乐享其成的时代,诸多的挑战与机遇共存,要想具备强大的海上力量,技术的革新将是关键的一步。
而在海军建设过程中如何生产出具有优良性能的战舰则是制约我们军事力量的一大瓶颈。
传统的材料难以适应现代化战争,而与此同时各国的军舰制造逐渐在新材料的应用上投资加多,这一切都是对我国的国家安定有着极大的影响。
接下来我将对各国战舰制造过程中对新材料应用及其优化的方面作出简单的介绍,主要涉及新材料舰船轻量化的应用等方面。
当前,舰船的高新技术发展主要集中在新武器的开发,舰船的隐身性,新船型的研究,新动力系统的采用诸多方面。
舰船上采用的高新技术已成为其战斗力以及国家军事实力和综合国力的一种标志 , 而高分子材料以其优异的性能,多种特殊的功能成为了舰船上高新技术实现的重要物质基础,如以石墨纤维、玻璃纤维,碳纤维等增强的塑料具有吸波透波的性能。
在海湾战争中。
英国舰艇的上层建筑和武器装备就使用了吸波材料,以减弱雷回波。
虽然就用量而言 , 高分子新材料在目前舰船建造中所占的比例未超过其它材料,但就其功能而言,它却占有重要的位置。
而美国海军首次为军舰配备激光武器,这种试验性武器已被部署装在“庞塞”号大型登陆舰上。
据悉,这艘“庞塞”号舰艇已改装成特种部队的母船。
按照计划,“庞塞”号舰艇配备的海上作战激光束将用于应对所谓的非对称威胁,包括无人机和快艇。
“庞塞”号目前在海盗猖獗的波斯湾服役。
这种新型武器的应用,极大的增加海上舰船的攻击力。
隐身技术作为二十一世纪以来的热点话题,在军舰的制造中被重点突破研究。
目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一,由于具有很大的比表面积,能吸收电磁波,同时纳米材料尺寸远小于红外及雷达波波长,对波的透过率很大,易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,是一种极具发展前景的高性能多功能材料,由它制成的纳米隐身涂料在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察,同时能很好地吸收可见光和红外线,具有红外隐身作用,涂敷于舰船表面,可显著改善其隐身性能。
水面舰艇材料技术发展现状

和硬度 、抗冲击性强 、工艺性能 好、 电磁 和 红外 特性小 、 量轻 、 重
耐腐 蚀 、防火性 能好 、建 造成 本
低。
相 当 ,能在较 低 预热温度 下进 行 焊 接 ,主要应 用 的水 面舰 艇对 象 为 航 空母 舰 。H L 系列钢 材 的 SA 化 学 成 分 和 组 织 结 构 显 现 出 比 H Y系 列 优 越 的焊 接 性 和 抗 氢 致
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小 型 舰 艇 整 个 船 体 都 采 用 复 合 材料 建造 .而 ~些 大型舰 船 的上 ・ 层 建 筑 或 部 分 建 筑 也 都 采 用 复 合 材 料建 造 复合材 料作 为新 型 舰 船 结构 材料 , 有 比传 统结 构 具 材 料 优越 的力学 性能 .密度 、抗
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ 船舶 与设 备 水 面 舰 艇 材 料 技 术 发 展 现 状
徐 晶 晶
水 面 舰 艇 所 使 用 的 建 造 材 料 将 对 舰 艇 的 许 多 性 能 产 生 影 响 ,因此 ,在建造 水 面舰 艇时必 H L8 S A 0和 H L 0 S A10两 种 合 金 钢 。H L 8 S A 0钢是 一 种低 碳 铜沉 淀强化 钢 ,板厚 1 2毫米 的情 ~3 减 少 全 船重 量 、降 低 制造 成 本 , 是 许 多 大 型舰 艇 上 层 建 筑 及 小 型舰 艇全 船建 造 的理 想 材料 。 水 面舰 艇 使 用 的铝 合 金 一 般为铝 镁合 金 .这种 台金具 有 良 好的耐蚀 性 和焊 接性 ,焊 接接 头 的机 械性能 也较 高 ,但 随着镁 在 合 金 中含量 的增 加 ,抗应 力腐蚀 和抗 剥 落腐 蚀 的性 能 降 低 , 因
新型船舶材料的应用与发展趋势
新型船舶材料的应用与发展趋势在当今全球化的时代,船舶运输在国际贸易和经济发展中扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断进步,新型船舶材料的应用正在逐渐改变着船舶制造业的面貌,并为船舶的性能、安全性和环保性带来了显著的提升。
本文将探讨新型船舶材料的应用现状以及未来的发展趋势。
一、新型船舶材料的应用1、高强度钢高强度钢在船舶制造中的应用越来越广泛。
相比传统的钢材,高强度钢具有更高的强度和韧性,能够减轻船舶的自重,提高载货量和航行速度。
例如,在大型集装箱船和油轮的建造中,高强度钢被用于船体结构的关键部位,如船板、船梁和框架等,有效地增强了船舶的整体强度和稳定性。
2、铝合金铝合金因其轻质、耐腐蚀和良好的加工性能,在船舶制造中得到了大量应用。
特别是在高速船舶、游艇和小型工作船中,铝合金被用于制造船体、甲板和上层建筑,减轻了船舶的重量,提高了航行速度和燃油效率。
此外,铝合金还具有良好的导热性能,适用于船舶的散热系统和空调设备。
3、复合材料复合材料,如碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强复合材料(GFRP),在船舶制造中的应用逐渐增加。
复合材料具有高强度、高模量、耐腐蚀和抗疲劳等优点,能够显著减轻船舶的结构重量,提高船舶的性能和耐久性。
在高性能船舶,如赛艇、军舰和豪华游艇中,复合材料被用于制造船体、桅杆和舵叶等部件,提高了船舶的速度和操控性能。
4、钛合金钛合金具有优异的耐腐蚀性、高强度和低密度等特点,在船舶领域的应用主要集中在海洋工程装备和军舰上。
例如,钛合金可用于制造海水淡化装置、冷凝器和潜艇的耐压壳体等部件,能够在恶劣的海洋环境中保持良好的性能。
5、高分子材料高分子材料在船舶上的应用范围也在不断扩大。
例如,聚乙烯、聚丙烯等塑料材料被用于制造船舶的管道、电缆护套和内饰件;橡胶材料被用于制造密封件、减震器和护舷等部件;聚氨脂泡沫材料被用于船舶的保温和隔音。
二、新型船舶材料的发展趋势1、高性能化未来的船舶材料将朝着更高性能的方向发展。
船舶主要新材料介绍及上市公司梳理
一、概述随着船舶制造工艺的不断进步和航运业的快速发展,船舶所采用的材料也在不断更新和演进。
新材料的应用不仅可以提高船舶的性能和安全性,还能够降低船舶的燃油消耗和维护成本,对整个船舶制造和运营行业都具有重要的意义。
本文将就船舶主要新材料进行介绍,并梳理目前在资本市场上的上市公司。
二、船舶主要新材料介绍1. 高强度钢材高强度钢材是目前船舶建造中最为常见的材料之一。
其具有优异的强度和刚性,能够在船体结构中起到重要的支撑作用。
采用高强度钢材制造船舶不仅可以减轻船舶自身重量,提高载货能力,还能够降低船体的挠度和疲劳程度,延长船舶使用寿命。
目前,全球许多船厂都在广泛使用高强度钢材进行船舶建造。
2. 高性能复合材料高性能复合材料是一种由多种材料经过复合而成的新型材料,具有低密度、高机械强度和耐腐蚀等优点。
在船舶制造中,高性能复合材料主要用于船体外壳、甲板和舱室等部位的制造。
相比传统的金属材料,高性能复合材料的使用可以大幅降低船体的自重,提高燃油效率和航行速度。
高性能复合材料还具有良好的防腐蚀性能,可以减少船舶的维护成本。
3. 轻质合金材料轻质合金材料主要包括铝合金和钛合金两大类。
这些材料具有优良的耐腐蚀性、低密度和高强度等特点,适用于船舶结构和设备的制造。
采用轻质合金材料可以显著减轻船体重量,提高船舶的载货能力和航行速度,同时降低燃油消耗和排放,对于降低环境污染具有积极的意义。
目前,轻质合金材料在高速客轮和豪华游艇等船舶类型中得到广泛应用。
4. 其他新型材料除了高强度钢材、高性能复合材料和轻质合金材料之外,船舶制造还使用一些其他新型材料,如纳米材料、高分子材料和功能材料等。
这些材料在船舶制造中发挥着重要的作用,能够提高船舶的性能、安全性和舒适度,同时满足航运业对于环保、节能和舒适性的需求。
三、上市公司梳理根据船舶主要新材料的发展趋势,以下是目前在资本市场上的船舶新材料制造和应用领域的上市公司梳理:1. 我国船舶重工集团有限公司我国船舶重工集团有限公司是我国最大的船舶制造企业之一,具有完整的船舶建造和新型船舶材料研发能力。
海洋新材料重点企业名单
海洋新材料重点企业名单海洋新材料是指在海洋环境中应用的新材料,具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着海洋资源的开发和海洋经济的发展,海洋新材料产业得到了快速发展。
下面将介绍几家在海洋新材料领域具有重要地位的企业。
1. 中船重工集团中船重工集团是中国国有企业,是世界上最大的船舶和海洋工程设备制造商之一。
该集团在海洋新材料领域进行了广泛的研究和开发,不断推出具有创新性和高性能的海洋新材料产品。
其研发的高强度钢材、防腐涂料等产品在船舶和海洋工程领域得到广泛应用。
2. 中国船舶重工集团中国船舶重工集团是中国最大的船舶制造企业之一,也是世界上最大的船舶工程装备制造商。
该集团在海洋新材料领域进行了大量的研发工作,推出了许多创新的产品。
其中包括高强度船用铝合金、防腐涂料、防污涂料等,这些产品在船舶制造和海洋工程领域具有广泛的应用前景。
3. 中国航天科技集团中国航天科技集团是中国航天事业的主要承担者之一,也是国内外知名的航天科技企业。
该集团在海洋新材料领域进行了深入的研究和开发,推出了一系列高性能的海洋新材料产品。
其中包括航天级复合材料、防腐涂料、防污涂料等,这些产品在航天器、海洋工程装备等领域具有广泛的应用前景。
4. 中国石化集团中国石化集团是中国最大的石油化工企业,也是世界上最大的石化公司之一。
该集团在海洋新材料领域进行了广泛的研究和开发,推出了一系列高性能的海洋新材料产品。
其中包括海洋石油设备用高温合金、海洋石油设备用防腐涂料等,这些产品在海洋石油开发领域具有重要的应用价值。
5. 中国海洋石油总公司中国海洋石油总公司是中国海洋石油开发的主要承担者之一,也是世界上最大的海洋石油开发公司之一。
该公司在海洋新材料领域进行了大量的研发工作,推出了一系列高性能的海洋新材料产品。
其中包括海洋石油设备用高温合金、海洋石油设备用防腐涂料等,这些产品在海洋石油开发领域具有重要的应用前景。
6. 中国航空工业集团中国航空工业集团是中国航空工业的主要承担者之一,也是国内外知名的航空科技企业。
复合材料在舰船建造中的应用
复合材料在舰船建造中的应用【摘要】复合材料在舰船建造中的应用在航海工业中具有重要性,因为它们拥有独特的优势。
在舰船建造中,常用的复合材料类型包括碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。
这些材料被广泛应用于舰船的结构件、舾装件以及舰艇外壳等部件中,发挥着重要作用。
复合材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等性能优势,是舰船建造中的理想材料之一。
随着技术的不断进步,复合材料在舰船建造中的发展趋势也逐渐增强,但同时也面临着一些挑战,如成本高、技术难度大等问题。
复合材料在舰船建造中的应用前景仍然广阔,其在提高舰艇性能、延长使用寿命等方面具有重要的价值。
随着航海工业的发展,复合材料将继续发挥着重要作用,为舰船建造领域带来更多的创新和突破。
【关键词】关键词:复合材料、舰船建造、应用、优势、性能、发展趋势、挑战、前景、价值1. 引言1.1 复合材料在舰船建造中的应用的重要性复合材料在舰船建造中的应用的重要性体现在多个方面。
复合材料具有优异的性能特点,包括高强度、轻质、耐腐蚀等特点,使得其在舰船建造中能够发挥重要作用。
复合材料具有良好的设计自由度,可以根据舰船的需要进行灵活设计和定制,满足复杂结构和功能要求。
复合材料还能够提高舰船的性能指标,如减少舰船的重量、提高航行速度、减少燃油消耗等,从而提高舰船的整体性能和经济性。
复合材料在舰船建造中的应用能够为舰船带来更好的性能表现和经济效益,促进舰船建造行业的发展和进步。
复合材料的应用不仅可以提高舰船的战斗力和生存能力,还可以为舰船建造领域注入新的活力和创新思维,推动舰船建造行业朝着更加科技化、绿色化和可持续发展的方向发展。
1.2 复合材料的优势复合材料在舰船建造中的优势主要体现在以下几个方面:1. 强度高:复合材料由不同材料组合而成,具有较高的强度和刚度,能够承受舰船在航行过程中的各种力和压力,确保舰船结构的稳定性和安全性。
2. 轻质化:相比于传统的金属材料,复合材料具有更轻的重量,可以降低舰船的自重,提高航行速度和耗能效率,同时减少了燃料消耗,降低了运营成本。
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舰船与新材料虽说宇宙浩渺无穷、包罗万象,但人们却还没有足够能力去征服他,目前只停留在小范围的探索阶段。
故而,人们主要的争夺对象还是那三个方向:天空、陆地和海洋。
海洋占整个地球表面的四分之三,拥有无穷无尽的宝藏,也是不可或缺的重要战场。
海洋里最丰富的就是水,而水是宝贵的生命之源,更是一切厮杀争斗的天然屏障。
海洋虽不及天空占尽天时地利,却也为这世界提供了一个无可比拟的重要战场。
海洋神秘莫测,拥有难以匹敌的无穷力量,而我们则必须借助舰船来征服这一霸主。
然而,这一条路并不易走,舰船的效果还远不能满足我们的需求。
因而,舰船的更新换代迫在眉睫;与此同时,各种各样的新型材料也随之出世,进入我们的视线。
舰船有民用和军用船只两种。
然而,无论是民用功能还是军用功能,一艘完整的舰船都离不开“材料”二字。
只有材料的最优化组合,才能成就一艘无可匹敌的战舰。
既而,寻求适合的新型材料就成为了舰船发展、进步的重中之重。
我国对于舰船高新技术的发展给予了高度重视,而舰船高新技术的发展主要放在新武器的开发、舰艇隐身化、新动力系统的采用和新船型的研究这几个方面上。
对于舰船的民用功能而言,传统的结构材料就可以满足需求;但对于某些特殊的结构(例如表面效应船、混合式水翼船、深潜器、大深度鱼雷等的壳体结构)则要求使用高比强度的材料,以减轻壳体的重量,提供合理的有效载荷。
那么,就必须使用新金属结构材料、先进树脂基复合材料、结构陶瓷材料、高温结构材料等新型结构材料。
1.新金属结构材料Al-Li合金是其典型代表。
Al-Li合金最显著的特点是密度低,弹性模量高。
在强度相当的条件下,Al-Li合金的密度比常规的2024、7075铝合金低约10%,而弹性模量则要高10%。
目前,成熟的Al-Li合金有2090、8090、8091、8092等牌号,抗拉强度在500 MPa 上下。
新近研制的AA5091合金的密度为2.57 g/cm3,抗拉强度为412 MPa,弹性模量为79.2×103 MPa,耐蚀性优良。
美国海军正资助用AA5091合金锻件制造重型鱼雷的燃料舱分段。
与其它新型结构材料相比,Al-Li合金作为轻质高强度材料的显著优势是成本较低,可以利用传统设备生产。
除熔铸外,Al-Li合金的挤压、轧制、锻造和热处理均可利用现有的设备和工艺进行,无特殊要求。
2.先进树脂基复合材料先进树脂基复合材料是指用碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维等增强的聚合物复合材料,具有比传统结构材料优越得多的力学性能。
例如分别用碳纤维、芳纶纤维和碳化硅纤维增强的环氧树脂复合材料的密度为1.4~2.0 g/cm3,拉伸强度为1.5~1.8 GPa。
这些复合材料的拉伸强度略高于普通钢材,而比强度则为普通钢材的4~6倍,比模量为普通钢材的2~3倍。
其往往还兼有耐腐蚀、振动阻尼和吸收电磁波等功能,但其价格昂贵,只能用在舰船上关键性的部位,如大型核潜艇的声纳导流罩、大深度鱼雷的壳体、深海潜水器壳体以及高性能艇的艇体结构、水面舰艇的重要甲板构件等处。
美国“洛杉矶”级核潜艇的声纳导流罩长7.6 m,最大直径8.1 m,是目前世界上最大的先进树脂基复合材料制品。
美国的“佩里”号驱逐舰上首次用芳纶纤维增强塑料制作装甲。
3.结构陶瓷材料陶瓷的强度和弹性模量很高,而且具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温的优点,密度又比一般金属材料低,是很有发展潜力的高比强度材料。
结构陶瓷材料在舰船上可能的应用主要有两方面:(1)利用其高比强度制造大深度潜水器的耐压壳体;(2)利用其高硬度和高的断裂能制作轻质装甲。
实践证明,在同样排水量(454 kg)的情况下,氧化铝陶瓷壳体比Ti-6Al-4V 壳体的有效载荷高166%;为达到同样的有效载荷,钛壳体的排水量必须增加50%,其重量则增加83%。
除此而外,除此而外,陶瓷壳体还具有耐腐蚀、电绝缘、非磁性、可透过辐射等优点。
陶瓷装甲的主要优点是质量轻,其质量有效系数(对付已知威胁所需的普通钢装甲的面密度与陶瓷装甲的面密度之比)颇高。
陶瓷材料通过其密度效应、吸能效应和磨损效应可发挥很强的防弹能力。
目前装甲陶瓷材料主要有氧化铝、碳化硅、碳化硼、二硼化钛等几种,其中以氧化铝应用最为广泛。
氧化铝陶瓷装甲既可以对付穿甲弹,也可以对付破甲弹,其质量有效系数约为 2.5~3.5。
这种材料对于希望尽量减轻装甲重量的舰船来说,具有很大的吸引力。
由于陶瓷材料本身性能的局限性,单独用陶瓷作装甲的效果并不理想,因此大多采取陶瓷复合装甲的形式。
一种形式是外加保护层,即在装甲板外表面上覆盖以玻璃钢或橡胶层,以防止陶瓷装甲因受到意外碰撞而损坏,而且提高陶瓷装甲抵御多次袭击的能力。
另一种形式是制成多层复合结构,即装甲板由底板层、陶瓷层、钢板层、空气层和夹芯面板层组成。
4.高温结构材料传统的高温金属材料因受到熔点、高温氧化、高温蠕变等因素的制约,其工作温度难以大幅度提高。
为达到提高热机的效率的目的,高温结构陶瓷和金属间化合物结构材料倍受关注。
氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆等陶瓷具有高温强度高、抗热震性能好、高温蠕变小、密度小、耐磨损、耐腐蚀等优良性能。
氮化硅陶瓷电热塞、涡流室镶块、增压器叶轮等发动机部件已在国外商业化生产,陶瓷活塞头、缸套、油咀等热机部件则正在试验中。
碳化硅陶瓷可用于制作燃气轮机叶片、涡轮增压器叶片和燃烧器部件。
氧化锆则适合于制作内燃机的缸套、活塞头、气门座和凸轮随动件。
金属间化合物是介于陶瓷和金属之间的材料,质硬而脆,具有很高的熔点和高温强度,但其脆性和难以加工的问题亟待解决。
在诸多金属间化合物中,TiAl 化合物已初步具备了作为高温结构材料的条件,很可能率先投入实用。
现代舰船除了要满足舰船的基本功能外,还有一定的独特专属功能,而这些所需的功能材料的种类很多。
其主要有电磁力推进用超导材料、吸收雷达波材料、舰船隐蔽用消声与减振材料、水声换能材料、燃料电池用贮氢材料、永磁电机用永磁材料等。
1.吸收雷达波材料隐身的目的主要是减小其雷达反射截面,从而减小遭受反射导弹攻击的危险性。
而吸收雷达波材料是水面舰艇上最主要的隐身材料。
舰用吸波材料有吸波涂料和结构吸波材料两种类型。
吸波涂料大多以软磁性铁氧体作为吸波剂。
在高频环境下,涂料中的铁氧体将电磁波能量转化为热能而消耗掉,从而达到吸收雷达波的目的。
吸波涂料比一般涂料价格贵,涂覆工艺要求高,所以一般只施用于舰上的强反射区域。
提高涂料吸波性能的途径有:(1)采用由铁氧体粉末、羰基铁粉、铁粉、镍粉、碳黑、石墨、碳化硅等组成的复合吸波剂;(2)提高吸波剂的细度,采用超微细粉末配制吸波涂料;(3)对吸波涂层进行计算机辅助设计。
结构吸波材料既用于制作舰船上的构件,又具有吸收雷达波的功能。
结构吸波材料多数为复合材料,具有质轻、高强的优点。
结构吸波材料有下列几种结构形式:(1)叠层结构:由透波层、阻抗匹配层和反射背衬等组成;(2)复合结构:先分别制成复合材料和吸波体,然后再粘合而成;(3)夹层结构:有蜂窝夹芯、波纹夹芯和框架夹芯等结构形式。
2.减震与消声材料减振与消声材料的品种很多,大体上可分为阻尼金属材料、粘弹性材料、复合材料等类,而以潜艇外壳敷设的消声瓦和消声涂层最为引人注目。
国外大型攻击型核潜艇和弹道导弹核潜艇为减小水下声辐射,大多在艇体表面粘贴消声瓦或涂敷消声涂层。
消声瓦和消声涂层从以下两方面减小潜艇的特征信号:减小潜艇向海洋辐射的自噪声量级和减小潜艇反射声纳波的能量。
潜艇表面的消声瓦和消声涂层主要有以下4种类型:(1)通过粘弹性损耗过程和局部应变吸收主动声纳波的吸声型;(2)把入射声能反射到远离声源的方向,并隔离艇内产生的噪声使之不进入周围海水的隔声型;(3)吸收机械振动的阻尼型;(4)降低流体水动力噪声的降流噪型。
选择消声材料时,首先要明确材料能有效地发挥消声作用的频率范围以及该材料在此频率范围内的性能,然后在理想的材料与厚度、重量、体积、费用等因素之间进行平衡。
艇体上的消声材料厚度通常为30~50 mm,厚度在很大程度上取决于频率要求。
大型潜艇的消声层面积达1000 m2以上,重量可达150 kg/m2。
3.水声换能材料水声换能器的转换元件通常用压电材料或压磁材料制成,它们统称为水声换能材料。
舰船上使用的传统水声换能材料为锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷。
由于PZT 元件的响应以及流噪的制约,要求换能材料能以大面积柔性板的形式提供使用,且要求其灵敏度远高于传统的PZT陶瓷。
美国海军的“海狼”级攻击型核潜艇上的大孔径声纳基阵使用了密度较大的PZT压电材料。
日本NGK公司研制的压电橡胶和法国研制的聚偏二氟乙烯(PVDF)是理想的候选材料。
其中,压电橡胶的独特优点是既能作为消声材料,又可用来制造水听器,因而成为该级潜艇的首选用材。
压磁材料可分为铁磁性金属材料和铁氧体材料两大类。
对水声换能器用的压磁材料有两项基本的要求:一是要有大的饱和磁致伸缩应变,二是要有小的饱和磁化场强。
稀土金属压磁材料是当前开发研究的重点。
用此类材料制成的水声换能器具有发生信号强、器件体积小、工作频率可低于1 kHz等优点,很适用于水面舰艇和潜艇的主动声纳系统。
4.超导材料超导材料在舰船上有很独特的应用。
超导电磁力推进、超导雷达和超导扫雷的实现会使相应的舰船装备的面貌产生革命性的变化。
其中,日本已建成世界上第一艘超导推进实验船“大和1号”。
英国制成了世界上第一台用液氮冷却的高温超导雷达天线。
我国的超导扫雷具研制也取得一定的结果。
5.贮氢材料为了实现延长水下潜航的时间,提高潜艇的隐蔽性这个目的,不依赖于空气的水下推进系统(AIP)系统出现于研究课题上。
燃料电池是AIP水下动力源之一,而贮氢材料是制作燃料电池的关键材料。
贮氢材料按成分可分为稀土系、钛系、锆系和镁系4大类。
作为实用性的贮氢材料应满足以下条件:(1)贮氢容量大;(2) 吸放氢速度快,特别是放氢速度快;(3)放氢温度最好在室温左右,放氢压力大于10个大气压;(4)性能稳定,可反复多次使用,对杂质敏感性小;以及(5)原材料来源丰富,价格便宜。
符合以上条件的贮氢材料有Mg2Ni、MgH2、TiNi、TiFe、TiFe0.9Mn0.1、LaNi5、ZrMn2等。
其中LaNi5易引发氢化物反应,有良好的贮氢性能,但价格昂贵。
TiFe贮氢量大,可在室温和常压下放氢,使用寿命长,价格便宜,其最大的缺点是活化困难。
MgH2重量轻,含氢量高,但其放氢温度高(0.1 MPa下287 ℃),反应速度低。
ZrMn2经活化后可在室温下氢化,但放氢温度较高(0.1 MPa下210 ℃)。
贮氢材料在吸放氢过程中会发生膨胀和粉化现象,同时伴有放热和吸热,造成材料的破坏和吸放氢能力的降低。
这是贮氢材料实用中的主要技术障碍。