舰船用高技术新材料的发展
新型材料在船舶制造中的应用研究
新型材料在船舶制造中的应用研究随着科技的不断发展，新型材料的应用在各个领域中都得到了很好的应用。
船舶制造行业也不例外，新型材料的应用让船舶制造更加高效和安全。
本文将从以下几个方面探讨新型材料在船舶制造中的应用。
一、铝合金材料的应用铝合金是一种比较轻质的材料，但是却有很好的强度和耐腐蚀性。
这种材料在船舶制造中得到了广泛的应用。
它能够减轻整个船只的重量，使得船只在运行的过程中的能耗更低，从而提高了整个船只的运行效率。
同时铝合金也有很好的防腐性能，能够在海水中长期使用而不会腐蚀。
二、碳纤维材料的应用碳纤维是一种非常轻质的材料，但是又有很好的强度和刚性。
这种材料在船舶制造中应用得非常广泛，可以用于制造船只的船体、桅杆等部件。
使用碳纤维制成的船体比传统的船体要轻很多，能够减少整个船只的重量，提高整个船只的运行效率。
同时碳纤维材料也有很好的防腐性能，能够在恶劣的海洋环境中长期使用而不会被腐蚀。
三、高分子材料的应用高分子材料是一种非常常见的材料，但是它们在船舶制造中的应用却相对较少。
但是，随着科技的发展，高分子材料的应用也在船舶制造中得到了广泛的应用。
例如聚乙烯材料、聚丙烯材料等，它们可以用于制造船只的舱壁、船体等部件。
这些高分子材料具有轻质、坚固、防腐等特点，能够保证整个船只在恶劣的海洋环境下长期使用。
四、钛合金材料的应用钛合金是一种非常耐腐蚀的材料。
它具有高强度、低密度等优良特性，在船舶制造中可以用于制造螺旋桨、舵片等部件。
使用钛合金材料制成的这些部件更加耐用，有更好的性能，减少了船只的维护成本，提高了船只的整体性能。
总之，新型材料的应用在船舶制造行业中得到了很好的应用。
利用这些材料制造的船只性能更加优越，能够在海洋环境中长期稳定使用。
随着科技不断的发展，新型材料的应用在船舶制造行业中将越来越广泛。
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随着人类航海和海运业的不断发展，船舶工程作为其核心技术之一也在不断创新和进步。
新技术与新材料在船舶工程中的研究发展，不仅使得船舶行业的制造水平不断提高，同时也能够促进环保和安全水平的提升，对于航海产业的可持续发展起到了重要的推动作用。
一、新技术在船舶工程中的应用在船舶工程中，新技术的应用从船体结构设计、动力系统设计、装备安装、船体维修等方面逐渐得到了广泛的应用。
首先是在船体结构设计方面，目前新技术已在船建造领域形成了独特的特色。
传统的精修船舶结构设计难以满足日益增长的航海需求和环保要求，如今已逐渐发展新型船舶结构设计技术。
以经济型ship 系列船为例，整船采用全自动化设计流程，仿真计算、优化设计、装配设计等均受到充分的应用，使得设计质量和效率大大提升。
而在船厂的生产管理方面，新技术的接入也使得计算机集成制造技术、生产流程控制、信息技术等成为现代船厂生产管理的核心。
在国外，已经有一些船厂采用了工程数据管理系统、计划调度系统、生产执行系统等软件来满足生产流程管理的需求，同时实现了从生产规划到生产执行全过程的自动化控制，大大提高了生产效率。
其次，是在动力系统的设计和装备安装方面，新技术的应用也带来了革命性的变化。
目前，高效绿色智能发动机和无人驾驶技术已成为了新时代的热点话题。
中国的潜艇工程中心，就成功研制出RS-68全球最大船用发动机，使得船舶的燃油经济性和性能得到大幅提升，还利用新材料制造发动机，使之更加耐用。
而无人驾驶技术则是通过用智能化和自动化控制代替人工控制，实现自动、准确、高效、可靠等优点，有望彻底颠覆此前的船舶操作模式，大幅提高航行安全。
最后，是在船体维修方面，新技术的应用也为生活和工作环境的改善带来了实际效益。
具体来说，这包括智能船舶检控技术、电池技术、海水淡化技术、智能废水处理技术、船用电动机技术等。
这些技术的应用，使得船体维修和保养更加快捷高效，节约了时间和成本，提高了维修质量、减轻了船员的工作负担等等。
舰船用高技术新材料的发展
综 述舰船用高技术新材料的发展朱孝信(洛阳船舶材料研究所 洛阳471039)摘 要 现代科学技术的发展使舰船装备的面貌产生深刻的变化,而高技术新材料又是舰船装备现代化的物质基础,因而在舰船材料的研究与开发中占有很重要的位置。
本文综合评述舰船用新型结构材料(新金属结构材料、先进树脂基复合材料、结构陶瓷材料和高温结构材料)和先进功能材料(隐身材料、减振与消声材料、水声换能材料、超导材料、贮氢材料和永磁材料)的发展和应用趋势,并对我国舰船新材料的发展提出意见和建议。
关键词 船用材料 结构材料 功能材料Development of Hi-tech and New Materials for ShipbuildingZhu X iaox in(Lu oyang Sh ip M aterial Res earch Institute,Luoyan g,471039)Abstract Profound ch anges have tak en place in naval equip ments du e to the developmen t of m odern s cience and tech-nology.Hi-tech and new materials ar e the foundation of modernization of naval equip ments,an d therefore take an im portant position in res earch and developmen t of s hipbuilding materials.T his pap er reviews the developmen t and application tenden-cies of new structural m ater ials an d advanced fu nctional materials for sh ipbuilding,an d gives s ome com men ts and s ugges-tion s on the d evelopmen t of new s hipbuilding materials in China.Keywords Shipbuilding mater ial Structur eal mat erial F unctional material 现代高新技术的发展使海军装备的面貌产生深刻的变化。
2024年NMC的水面舰艇航空母舰和潜艇材料制造加工技术的进展
2024年，随着科技的不断进步和军事需求的提升，军舰、航空母舰和潜艇的材料制造加工技术得到了显著的进步。
在舰艇领域，主要体现在新型材料的应用、制造工艺的改进以及数字化技术的广泛运用。
首先，在水面舰艇领域，2024年NMC开始大规模应用新型材料，比如碳纤维复合材料、高强度钢等。
这些材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，可以大幅度降低舰艇的重量，提高其速度和航行稳定性。
此外，NMC还加快了舰艇制造工艺的改进，引入了先进的自动化装备和大型化生产线，提高了舰艇建造的效率和质量。
同时，NMC还广泛应用数字化技术，比如CAD/CAM/CAE系统、虚拟现实技术等，实现了舰艇设计、制造和维护全过程的信息化管理，提高了舰艇的整体性能和可靠性。
在航空母舰领域，2024年NMC致力于提高航空母舰的航空作战能力和生存能力。
主要表现在舰载机的研发和装备、航空母舰的舰载武器系统和电子战系统的改进等方面。
此外，NMC还加强了航空母舰的防护能力，引入了新型防御系统和先进的舰载雷达系统，提高了航空母舰在复杂电子战环境下的生存能力。
同时，NMC还加强了航空母舰的信息化建设，引入了先进的C4ISR系统和无人机技术，提高了航空母舰的指挥控制能力和作战效能。
在潜艇领域，2024年NMC着重提升了潜艇的隐蔽性和作战性能。
主要体现在声纳隐身技术、电磁隐身技术、水下通信技术等方面的研究和应用。
此外，NMC还加强了潜艇的航行稳定性和作战自动化能力，引入了新型推进系统和先进的舰载武器系统，提高了潜艇在水下作战中的有效性和生存能力。
同时，NMC还加强了潜艇的信息化建设，引入了先进的通信保障系统和敌我识别系统，提高了潜艇的情报收集和作战指挥能力。
总的来说，2024年NMC在水面舰艇、航空母舰和潜艇的材料制造加工技术方面取得了显著进展，为我国海军的现代化建设提供了有力支撑。
随着科技的不断发展和军事需求的不断提升，相信我国的舰艇制造技术将不断创新和完善，为我国的海军事业注入新的活力和动力。
船舶结构设计中的创新材料与应用
船舶结构设计中的创新材料与应用在船舶工业的发展历程中，船舶结构设计始终是关键环节之一。
而随着科技的不断进步，创新材料的出现为船舶结构设计带来了新的机遇和挑战。
这些创新材料不仅能够提升船舶的性能和安全性，还能降低建造和运营成本，为船舶行业的可持续发展注入强大动力。
一、创新材料的种类及特点1、高强度钢高强度钢在船舶结构中的应用越来越广泛。
与传统钢材相比，高强度钢具有更高的强度和韧性，能够在减轻船舶自重的同时，保证结构的强度和稳定性。
这意味着船舶可以承载更多的货物，或者在相同载重量的情况下，降低燃油消耗，提高运营效率。
2、铝合金铝合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性等优点。
在船舶结构中，铝合金常用于上层建筑、甲板等部位，能够有效减轻船舶的上部重量，从而降低船舶的重心，提高船舶的稳定性。
此外，铝合金的良好耐腐蚀性也使其在海洋环境中具有更长的使用寿命。
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），是船舶结构设计中的新兴材料。
这些材料具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀等优异性能。
它们可以用于制造船舶的外壳、桅杆、螺旋桨等部件，能够显著减轻船舶重量，提高船舶的速度和燃油经济性。
同时，复合材料的耐疲劳性能也优于传统材料，有助于延长船舶的使用寿命。
4、钛合金钛合金具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性和高温性能等特点。
在船舶结构中，钛合金常用于制造关键部件，如潜艇的耐压壳、船舶的推进系统等。
尽管钛合金的成本较高，但其在特殊应用场景中的性能优势使其成为不可或缺的材料。
二、创新材料在船舶结构设计中的应用1、船体结构高强度钢在船体结构中的应用可以使船体更加坚固，同时减轻重量。
例如，在大型集装箱船的设计中，采用高强度钢制造船体框架和船板，可以增加载货量并降低油耗。
铝合金在船体结构中的应用主要集中在上层建筑和甲板。
由于其轻质的特点，可以降低船舶的重心，提高船舶在恶劣海况下的稳定性。
复合材料在船体结构中的应用逐渐增多，如用于制造小型高速船舶的船体外壳，能够减轻重量并提高船舶的速度。
新型材料在船舶领域中的应用研究
新型材料在船舶领域中的应用研究随着科技的不断发展，新型材料在船舶领域中的应用也越来越多。
这些新型材料不仅有着更好的性能和高强度，还能够有效地提高船舶的安全性能。
因此，本文将就新型材料在船舶领域中的应用研究展开探讨。
1、碳纤维材料的应用研究碳纤维材料一直被广泛应用于各种领域，如航空、汽车和体育器材等。
在船舶领域中，碳纤维材料也被广泛应用于建造轻量化船舶上。
这种材料具有高强度和良好的耐腐蚀性能，能够有效地减轻船舶的重量，并提高船体的强度和耐久性。
对于小型艇和高速船，碳纤维材料应用较为广泛。
此外，在石油开采、渔业和海洋勘探等领域中，碳纤维材料也被广泛应用于建造船体和相关设备。
2、纳米材料在船舶涂料中的应用研究随着人们对船体维护保养的重视，对船舶涂料的性能要求也在不断提高。
传统的船舶涂料通常采用聚氨酯、环氧、丙烯酸和醇酸等材料制成。
而纳米材料作为一种新型材料，因其优异的物理和化学性质，正在被广泛应用于船舶涂料中。
首先，纳米材料可以提高涂料的附着力、硬度和耐磨性能，从而延长船舶涂料的使用寿命。
其次，纳米材料还可以增加涂料的防污性能，减少船舶在水中产生的摩擦阻力，提高航行效率。
此外，纳米材料还能够有效地抗紫外线辐射和海水腐蚀，提高船体的保护性能。
3、复合材料在船舶制造中的应用研究复合材料是一种由两种或两种以上的不同材料组成的材料。
由于其轻质、高强度、耐腐蚀等优点，复合材料已经成为船舶建造的一种主流材料。
目前，复合材料正在被广泛应用于大型船舶的建造中。
在大型船舶中，复合材料主要应用于船体、甲板、船舶舱壳和其他船舶部件的制造。
与传统的金属材料相比，复合材料更加轻盈而且具有更好的强度和韧性。
同时，复合材料的抗腐蚀性能也非常优异，可以有效地减少船舶的维护成本。
4、智能材料在船舶领域中的应用研究智能材料是一种具有自我感知和自我响应能力的新型材料。
随着技术的发展，智能材料正在被广泛应用于船舶领域。
智能材料可以实现自适应和自我修复，可以有效地提高船舶的安全性能和可靠性。
海洋工程中高技术船舶用铜材的发展趋势与前景展望
海洋工程中高技术船舶用铜材的发展趋势与前景展望随着社会的快速发展和科技的进步，海洋工程领域对高技术船舶的需求不断增加。
而作为船舶建造中重要的建造材料之一，铜材的发展趋势和前景备受关注。
本文将对海洋工程中高技术船舶用铜材的发展趋势进行探讨，并展望其前景。
首先，海洋工程中高技术船舶对铜材的需求日益增长。
随着国际贸易的发展，海洋交通的密度越来越高，高技术船舶的规模也不断扩大，对铜材的需求量越来越大。
铜材因其优异的导电性和导热性，在电力传输、通信设备等方面有着重要的应用。
特别是在海洋工程中，由于船舶面临不断变化的海洋环境，铜材的抗腐蚀性能和稳定性要求更高，因此对高品质的铜材需求量越来越大。
其次，高技术船舶用铜材的发展趋势主要体现在以下几个方面。
第一，铜合金的研发和使用越来越广泛。
纯铜材料在耐蚀性和强度方面存在一定的局限性，而铜合金可以通过改变组成和热处理等方式改善其性能。
例如，铝青铜、锑青铜、磷青铜等铜合金在耐蚀性、强度和导电性等方面具有较好的性能，被广泛应用于高技术船舶建造中。
第二，表面处理技术的不断创新。
为了提高铜材的抗腐蚀性能和降低维护成本，船舶制造商采用了各种先进的表面处理技术，如电镀、镀金、喷涂等，来保护铜材的表面，延长其使用寿命。
第三，绿色环保铜材的研发。
近年来，随着全球环保意识的崛起，人们对船舶建造材料的环保性能要求越来越高。
绿色环保铜材由于其无毒、无害、可回收利用的特点，成为未来高技术船舶建造的首选材料。
展望未来，海洋工程中高技术船舶用铜材的前景可期。
首先，随着海洋工程的深入发展，高技术船舶的建造需求将会持续增加，对铜材的需求也将继续增长。
其次，新型材料的研发将进一步推动铜材的发展。
目前，有关部门和企业正在加大对铜合金、绿色环保铜材等方面的研究，预计未来将会出现更多具有优异性能的铜材。
此外，随着人工智能和数字化技术在船舶行业的应用不断推进，对高性能电子器件和导航系统的需求也将进一步扩大，这将进一步促进高技术船舶用铜材的发展。
船舶设计中的创新材料应用
船舶设计中的创新材料应用在船舶工业不断发展的今天，创新材料的应用成为了推动船舶设计进步的关键因素。
船舶作为在海洋中航行的重要交通工具，其性能和安全性直接关系到人员的生命财产以及海洋环境的保护。
而材料的选择和应用则在很大程度上决定了船舶的品质和效能。
传统的船舶制造材料，如钢铁、铝合金等，虽然在过去的船舶设计中发挥了重要作用，但随着技术的进步和需求的不断变化，已经逐渐难以满足现代船舶对于高性能、轻量化、耐腐蚀、节能等方面的要求。
因此，创新材料的研究和应用变得愈发重要。
首先，复合材料在船舶设计中的应用日益广泛。
复合材料具有高强度、高模量、耐腐蚀等优异性能。
例如，碳纤维增强复合材料在船舶的上层建筑、桅杆等部位的应用，可以显著减轻船舶的重量，提高船舶的稳定性和航行速度。
同时，复合材料的耐腐蚀性能够有效延长船舶的使用寿命，降低维护成本。
玻璃纤维增强复合材料则常用于船舶的内部结构和非结构部件，如舱壁、家具等，不仅能减轻重量，还能提供良好的隔热和隔音效果。
另外，钛合金也逐渐成为船舶设计中的重要创新材料。
钛合金具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性和高温性能。
在船舶的关键部件，如螺旋桨、轴系等部位应用钛合金，可以提高这些部件的耐磨性和耐腐蚀性，减少维修次数，提高船舶的可靠性和运行效率。
而且，由于钛合金的密度较低，使用钛合金制造的部件可以减轻船舶的重量，进一步提高船舶的燃油经济性。
高分子材料在船舶领域也有了新的突破。
一些新型的高分子材料，如聚酰亚胺、聚苯硫醚等，具有优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。
它们可以用于船舶的电气系统、密封件等部位，提高船舶的安全性和可靠性。
同时，高分子材料在船舶的防污涂层方面也有出色的表现。
新型的高分子防污涂层能够有效地防止海洋生物的附着，减少船舶航行的阻力，降低燃油消耗。
除了上述材料，纳米材料的出现也为船舶设计带来了新的机遇。
纳米材料具有独特的物理和化学性能，如纳米粒子增强的涂料可以提高船舶表面的硬度和耐磨性，同时具有更好的防腐蚀性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
综 述舰船用高技术新材料的发展朱孝信(洛阳船舶材料研究所 洛阳471039)摘 要 现代科学技术的发展使舰船装备的面貌产生深刻的变化,而高技术新材料又是舰船装备现代化的物质基础,因而在舰船材料的研究与开发中占有很重要的位置。
本文综合评述舰船用新型结构材料(新金属结构材料、先进树脂基复合材料、结构陶瓷材料和高温结构材料)和先进功能材料(隐身材料、减振与消声材料、水声换能材料、超导材料、贮氢材料和永磁材料)的发展和应用趋势,并对我国舰船新材料的发展提出意见和建议。
关键词 船用材料 结构材料 功能材料Development of Hi-tech and New Materials for ShipbuildingZhu X iaox in(Lu oyang Sh ip M aterial Res earch Institute,Luoyan g,471039)Abstract Profound ch anges have tak en place in naval equip ments du e to the developmen t of m odern s cience and tech-nology.Hi-tech and new materials ar e the foundation of modernization of naval equip ments,an d therefore take an im portant position in res earch and developmen t of s hipbuilding materials.T his pap er reviews the developmen t and application tenden-cies of new structural m ater ials an d advanced fu nctional materials for sh ipbuilding,an d gives s ome com men ts and s ugges-tion s on the d evelopmen t of new s hipbuilding materials in China.Keywords Shipbuilding mater ial Structur eal mat erial F unctional material 现代高新技术的发展使海军装备的面貌产生深刻的变化。
舰艇上采用的高新技术成为其战斗力的主要标志。
面向21世纪,世界各国海军都在总结近代海战的经验教训,制定新世纪的海军装备发展战略。
当前,舰船高新技术的发展主要集中在新武器的开发、舰艇隐身化、新动力系统的采用和新船型的研究几个方面。
上述舰船高新技术的发展对舰船材料提出许多新的要求,这就是舰船用高技术新材料发展的强大推动力,而高技术新材料又是舰船上高新技术实现的物质基础。
就用量而言,传统结构材料在未来的舰艇建造中仍占绝对的多数;但就发挥的收稿日期:1998-11-22功能而言,高技术新材料则占有更重要的位置。
1 新型结构材料一般而言,船用结构材料不象航空材料那样刻意追求高比强度,但对于某些特殊的结构(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。
在这些情况下,传统的结构材料是不能胜任的,而必须使用新金属结构材料、先进树脂基复合材料、结构陶瓷材料等新型结构材料。
新型结构材料在舰船上还可应用于高温领域,例如用结构陶瓷材料、金属间化合物等材料代替传统的高温合金制造发动机热部第14卷第1期 材 料 开 发 与 应 用 1999年2月件,可以提高发动机的工作温度,免除水冷,从而大幅度地提高其效率。
1.1 新金属结构材料Al-Li合金是新金属结构材料的典型代表。
因为Li的化学性质相当活泼,故Al-Li合金的熔铸非常困难,必须采用特殊的熔铸技术,或用粉末冶金法或机械合金化法生产。
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500M Pa上下,主要应用于飞机结构。
新近研制的AA5091合金的密度为2.57g/cm3,抗拉强度为412M Pa,弹性模量为79.2×103MPa,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[1]。
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,可直接取代常规铝合金投入应用。
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。
1.2 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。
先进树脂基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1.5～1.8GPa。
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。
先进树脂基复合材料除具有优越的力学性能外,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8.1m,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。
瑞典新设计的YS2000高速驱潜快艇长70m,排水量约600t,航速35kn。
考虑到对此艇重量、强度和抗冲击性的要求,拟采用碳纤维增强复合材料制造艇体结构。
有关部门对材料进行初步分析后认为,采用昂贵的纤维材料来减轻艇体的重量是值得的。
用有限元分析技术和计算机程序对艇体结构进行的力学分析表明,用高强碳纤维增强复合材料制造YS2000高速艇的艇体可符合挪威船级社的规范要求[2]。
俄罗斯中央结构材料研究院开发出一种用碳纤维增强的减摩复合材料,可用于制造船上活塞、轴承等部件,其工作速度可达15m/s,工作压力可达60MPa。
该材料耐环境性极好,在水中不发软,在-200～150℃的温度范围内性能无明显变化,而且与金属粘接的相容性很好。
德国AIR加工技术公司开发出一种碳纤维环氧复合材料螺旋桨。
这种螺旋桨的桨叶由碳纤维和环氧树脂模制而成,据称桨叶具有很高的强度,可在恶劣的海况下工作。
用4叶、5叶和6叶桨进行的试验表明,桨叶厚度的减小,可使推进效率提高3%～10%。
这种桨比金属桨轻25%～35%,故桨的惯性小,有利于高速艇的加速。
新型桨的另一项优点是浆叶材料的阻尼性能好,可使噪声等级相对于金属桨下降5dB,甚至在桨叶损坏的情况下,振动等级仍在可接受的范围之内[3]。
美国海军用石墨纤维增强环氧树脂材料成功地制造出自动无人深潜探海艇A USSMOD2的耐压壳体。
该艇的下潜深度为6096m,按照设计,其耐压壳体的重量/排水量比率不能超过0.5。
在诸多候选材料中只有玻璃、陶瓷和先进树脂基复合材料有可能满足上述要求。
在以往模型试验的基础上,美海军决定用湿缠绕法制造耐压壳体的圆柱体分段。
制成的分段尺寸为654m m(内径)×781mm(外径)×1651m m(长度),分段两端连接钛制卡环并进而与半球形钛制封头相连。
整个耐压壳体组件的重量/排水量比率为0.58,可提供431kg的正浮力,而圆柱体分段部分的重量/排水量比率只有0.477。
计划今后要用石墨纤维增强复合材料来代替钛制造封头,以便使整个耐压壳体组件的重量/排水量比率降到0.5以下[4]。
1.3 结构陶瓷材料陶瓷的强度和弹性模量很高,而且具有耐腐・25・第14卷第1期 朱孝信:舰船用高技术新材料的发展蚀、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。
但陶瓷固有的脆性使其应用范围受到很大的限制。
近年先进陶瓷材料的研究取得很大进展,用高纯度超细粉料经特殊加工工艺而制成的陶瓷材料显微组织精细,性能优良,一些先进陶瓷材料,如碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等已逐步进入实用领域。
陶瓷增韧的研究也取得一定的成果,为结构陶瓷材料的推广应用创造了条件。
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。
美国海军为建造无人深海潜水器而对若干耐压壳体候选材料进行了对比分析。
结果表明,对于6096m的潜深,氧化铝陶瓷耐压壳体的重量/排水量比率小于0.60,而同样设计深度的钛壳的比率则超过0.85。
尽管氧化铝陶瓷在几种陶瓷材料中并不是给出最低重量/排水量比率的材料,但由于它成本较低而且制作工艺比较成熟,故被选中用于制造635m m直径的深潜器耐压壳体。
在正式制造此壳体之前,先制造了外径305mm的缩尺模型,并进行了试验。
试验结果表明,此模型壳体满足潜深6096m的无人潜水器耐压壳体的设计要求。
按材料强度计算,此模型壳体在最大工作压力下的安全系数为1.50;按临界纵弯曲压力计算,安全系数为1.33。
循环疲劳试验表明,相对于最大工作压力可加压500次以上[5]。
在模型制造与试验的基础上,于1993年正式制造出635mm直径的氧化铝陶瓷耐压壳体,并进行了试验。
此次制造实践证明,在同样排水量(454kg)的情况下,氧化铝陶瓷壳体比T i-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,陶瓷壳体还具有耐腐蚀、电绝缘、非磁性、可透过辐射等优点[6]。
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。
目前国外已投产的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,另几种性能更好,但成本偏高,目前只用于直升机等装备。
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。
这种材料已广泛应用于轻型装甲车辆,而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。