圖 3 鋁基復(fù)合材料錠坯及擠壓管坯材料

2.4 非金屬材料 

水中兵器用非金屬材料主要有纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、陶瓷以及玻璃。其中纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度低，比強(qiáng)度及比模量高，還具有顯著的阻尼性能，可顯著提高裝備的負(fù)荷， 提升裝備的隱身性能。目前最具有發(fā)展前景的當(dāng)屬碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其相比玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料模量和強(qiáng)度更高，比強(qiáng)度是普通鋼材的 4～6 倍，具有耐腐蝕、材料可設(shè)計(jì)性好、工藝性能優(yōu)良等特點(diǎn)，很適合做耐壓殼體。國內(nèi)外也對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于水下耐壓殼結(jié)構(gòu)的可行性進(jìn)行了初步探索。

Ocean Gate 公司的 Cyclops 系列、華盛頓大學(xué)研制的 Deep Glider 號(hào)以及國內(nèi)中科院沈陽自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的“海翼”號(hào)深海滑翔機(jī)的耐壓殼均采用碳纖維纏繞復(fù)合材料。華盛頓大學(xué)用于深海環(huán)境監(jiān)測(cè)的大深度深海滑翔機(jī) Deep Glider，采用的是碳纖維復(fù)合材料制造的耐壓殼體，實(shí)現(xiàn)了近 6000 m 的工作深度。國內(nèi)“海翼 -7000”水下滑翔機(jī)實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料大深度耐壓結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)突破，最大下潛深度達(dá) 6329 m，刷新了美國保持的水下滑翔機(jī)最大下潛深度 6003 m 的世界紀(jì)錄。 

非金屬材料除了纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以外，還有陶瓷材料和玻璃。非金屬材料的缺點(diǎn) 是韌性差，尤其是陶瓷和玻璃，幾乎沒有塑性， 一旦產(chǎn)生裂紋源，將會(huì)導(dǎo)致致命的風(fēng)險(xiǎn)。美國在小型全尺寸 AUV 陶瓷耐壓殼研究的基礎(chǔ)上， 研制出了全海深復(fù)合型無人潛水器 Nereus 號(hào)，并下潛至馬里亞納海溝 10902 m 的海底；此外，美國在 2007 年還研制出了海神號(hào)潛水器，此次作業(yè)深度達(dá)到了 2270 m。

圖 4 深潛器用陶瓷殼體

3  展望 

金屬基復(fù)合相比傳統(tǒng)的金屬材料在比強(qiáng)度、比模量等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于非金屬材料， 還具有一定的塑性變形能力。但是金屬基復(fù)合材料尤其是晶須及纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料還要克服加工和設(shè)計(jì)的方面的難題，降低材料成本。隨著人類對(duì)全海深科考任務(wù)以及應(yīng)對(duì)復(fù)雜國際環(huán)境特殊的需求越來越強(qiáng)烈，水中兵器等裝備對(duì)材料的要求將越來越高，傳統(tǒng)的金屬材料已不能完全適應(yīng)新時(shí)代裝備對(duì)材料的要求。隨著材料工藝日趨成熟，材料成本下降，材料在深海環(huán)境下應(yīng)用評(píng)價(jià)技術(shù)的提高，金屬基復(fù)合材料在海洋環(huán)境 中的應(yīng)用將越來越廣。

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