方秀娟 孟令飛

摘 要：討論及論述船舶材料的研究發(fā)展?fàn)顩r以及材料應(yīng)用中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。討論并研究船舶材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)船舶自身性能的改善。已經(jīng)成為世界各國(guó)船舶制造業(yè)非常關(guān)心的一個(gè)重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：船舶材料；材料發(fā)展史；材料科學(xué)

引言：在現(xiàn)代船舶發(fā)展過(guò)程中，美、俄（蘇）、英、德、法、日等船舶強(qiáng)國(guó)，均將材料技術(shù)發(fā)展視作船舶發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，對(duì)材料技術(shù)發(fā)展給予了高度重視，不僅在不同的發(fā)展時(shí)期從船舶材料技術(shù)發(fā)展的頂層研究，制定了發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，投入大量人力、財(cái)力持續(xù)開(kāi)展基礎(chǔ)材料技術(shù)、新興材料技術(shù)的研發(fā)和前沿技術(shù)的探索，而且非常注重試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)（包括試驗(yàn)潛艇）的建設(shè)。伴隨著船舶發(fā)展，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)，人們不僅研制了滿足船舶各發(fā)展時(shí)期所需的各種材料，并且已形成很強(qiáng)的材料技術(shù)的研究、生產(chǎn)能力和完整的門類齊全的配套體系，建立起了較完善的船舶材料體系和船舶材料技術(shù)的基本理論、方法、工藝等。

著眼于當(dāng)前船舶材料技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，立足于21世紀(jì)前期（2035年前）的高新技術(shù)發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，21世紀(jì)前期船舶材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將呈現(xiàn)出“高”、“復(fù)”、“鈦”、"穩(wěn)”、“防”、“有”、“無(wú)”、"前”、“用”、“低”等十大特征。

1.人類材料的的發(fā)展的狀況

造船材料的發(fā)展依從于世界材料發(fā)展的共同道路l1[—《手冊(cè)》內(nèi)容符合世界材料科學(xué)共同發(fā)展的規(guī)律中外科學(xué)家探討了到公元ZDZO年的1萬(wàn)年間人類使用材料的發(fā)展史，繪成如下示意圖。

該示意圖的主要用途是預(yù)言應(yīng)用的發(fā)展方向，為各工業(yè)部類應(yīng)用新材料提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。造船工業(yè)的材料選用也可從中得到啟示。本手冊(cè)的編寫(xiě)內(nèi)容充分體現(xiàn)了該發(fā)展方向?！妒謨?cè)》中高強(qiáng)度鋼占有足夠的篇幅；單獨(dú)列有金屬?gòu)?fù)合材料和焊接材料各一章；輕金屬部分、鋁、鎂、欽、稀有金屬和超導(dǎo)金屬都有單獨(dú)的一章；對(duì)纖維增強(qiáng)塑料、工程塑料、膠粘劑及密封材料、電氣絕緣材料等都分列一章；這樣在31章中對(duì)發(fā)展中的材料有足夠的篇幅，以上各例說(shuō)明《手冊(cè)》趕上了世界材料發(fā)展的步伐。

1.1納米材料在船舶方面的應(yīng)用與發(fā)展

納米級(jí)超細(xì)材料具有常規(guī)微細(xì)粉末所不具備的反常特性，以及納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，它在磁性、催化性、光吸收、熱阻和熔點(diǎn)等方面與常規(guī)材料相比顯示出優(yōu)越的性能。因此可以為船舶提供其他材料不能代替的作用。近幾年在某些領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)。如納米材料在特種艦船涂料中應(yīng)用（吸收雷達(dá)波涂層、艦船紅外隱身涂層、潛艇偽裝涂料）、納米材料在通用船舶材料中應(yīng)用（在船殼漆方面的應(yīng)用、在抗菌建材和抗菌涂料中的應(yīng)用、新型高效船底防污涂料、在船舶阻燃材料和涂料中的應(yīng)用）、納米材料的其它應(yīng)用（導(dǎo)電材料、梯度功能材料、超微粒傳感器、）納米材料的發(fā)展日新月異。不僅僅是實(shí)驗(yàn)室階段的基礎(chǔ)研究不斷深入和擴(kuò)大，而且納米材料的生產(chǎn)也已向工業(yè)規(guī)模發(fā)展，這樣就為納米材料的實(shí)際應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)條件。第一屆全國(guó)納米技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議于2000年11月在廈門召開(kāi)，2000年11月在廣州舉行的“第五屆中國(guó)國(guó)際涂料、油墨及粘合劑展覽會(huì)”上，有數(shù)家國(guó)內(nèi)廠商展示了他們的納米產(chǎn)品，如納米級(jí)氧化鐵黑、氧化鐵紅、氧化鐵黃等，產(chǎn)量已達(dá)每年上千噸。還有納米TiO2、納米ZnO、納米SiO2等的投產(chǎn)均有報(bào)道?？梢灾v，科學(xué)家、企業(yè)家，甚至百姓大眾都在關(guān)注著納米材料的發(fā)展。船舶制造是一門多學(xué)科、高技術(shù)綜合應(yīng)用的領(lǐng)域，可以預(yù)見(jiàn)納米材料也一定在船舶領(lǐng)域中大有用武之地。

1.2鈦合金材料在船舶方面的應(yīng)用與發(fā)展

鈦合金用于艦船上始于 20 世紀(jì) 60 年代。 鈦合金由于具有良好的耐海水腐蝕性能、高強(qiáng)度比和無(wú)磁性等性能，在船舶材料中具有較好的發(fā)展前景。但是鈦合金成本高、冶煉難度大，對(duì)鈦及其合金失效研究還不夠充分等問(wèn)題制約了鈦合金在艦船上的發(fā)展應(yīng)用。目前的應(yīng)用如1.深海潛水器鈦制耐壓殼體主要用在深海潛水器上。如制造美國(guó) Aivin 號(hào)、Sea-Cliff 號(hào)深潛器的殼體 ；Ti-6Al-4V ELI 合金用于法國(guó) SM97 號(hào)、日本“深海 2000”號(hào)、美國(guó)海軍深海救援艇（DSRV）的殼體、浮力球等。我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的載人潛水器“蛟龍”號(hào)也由鈦合金制造。2. 鈦合金聲納導(dǎo)流罩綜合性能優(yōu)越，應(yīng)用于俄羅斯“庫(kù)爾斯克號(hào)”、“明斯克”、“基輔”等航空母艦。3. 螺旋槳鈦合金螺旋槳材料強(qiáng)度高，在海水中抗疲勞性能好、能耐沖刷和空泡腐蝕。美國(guó)海軍在水翼艇上使用直徑為1500mm、四葉可拆式鈦合金螺旋槳。4. 艦船泵、閥及管系由于溫度和濕度的影響，船舶上的泵、閥和管使用銅、不銹鋼制造管路，壽命只有 2 ～ 5 年 ；而鈦合金制造的各種泵等，使用壽命遠(yuǎn)超銅或不銹鋼制品。經(jīng)過(guò)近 50 年的研究，我國(guó)也已獨(dú)立研制出 Ti31、Ti75、Ti B19、Ti70、Ti80、TA5 等一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船用鈦合金。

制約鈦合金發(fā)展應(yīng)用的因素 鈦合金材料成本高，制約了其在船舶上的應(yīng)用。船舶材料金屬用量大，種類多。首要的條件是成本問(wèn)題。只有降低鈦合金成本才能拓展鈦合金在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用。

1.3防火隔熱材料在船舶方面的應(yīng)用與發(fā)展

船舶艙室的內(nèi)裝材料以不燃材料取代可燃材料已成趨勢(shì)， 在這方面， 世界各國(guó)都做了大量研究。

（1）巖棉制品

巖棉制品的特點(diǎn)是質(zhì)量輕，保溫耐熱性能良好，有良好的吸聲性能，價(jià)格比陶瓷棉便宜，是纖維粗，性脆，耐熱度比陶瓷棉差。巖棉制品的最高使用溫度一般650～800℃之間，因避免直接將巖棉制品用在耐火分隔上；不燃性：巖棉制品的不燃性良好，能夠作為不燃性材料直接使用。

（2） 玻璃纖維

玻璃纖維是以石英砂和廢玻璃加熱熔融，用噴吹加一層隔熱材料，再加上空氣隔層和襯板所組成的和離心法制造。用于船舶行業(yè)的主要是無(wú)堿超細(xì)玻璃棉。它的特點(diǎn)是纖維直徑細(xì) ，因此能使制品的容重做得很輕 ，而且它不燃燒、不腐爛、耐酸耐油，導(dǎo)熱系數(shù)很低，低溫條件下的隔熱效果很好。但它的使用溫度比較低，通500～600 ℃。

（3）陶瓷棉制品

陶瓷棉陶瓷材料經(jīng)高溫熔融后吹制成的，是一種耐高溫的新穎材料。我國(guó)是上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始生產(chǎn)陶瓷棉的。主要以焦寶石為原材料的普通硅酸鋁纖維。由于陶瓷及其制品容重輕、高溫導(dǎo)熱系數(shù)小、對(duì)人體皮膚刺癢程度輕于巖棉和玻璃棉，因此在近期船用和平臺(tái)作為防火材料被大量使用。其性能特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)：陶瓷棉產(chǎn)導(dǎo)熱系數(shù)在 200 ℃時(shí)為0.05，400 ℃時(shí)為 0.20，在 1200 ℃時(shí)為 0.30 以下，而且陶瓷棉制品有優(yōu)良的耐火性能，主要用于艙壁隔熱材料和船用鍋爐、排煙、管道隔熱的保溫材料。

（4）改性聚雙馬來(lái)酰亞胺復(fù)合泡沫塑料

聚雙馬來(lái)酰亞胺是聚酰胺亞的一種，具有無(wú)毒、耐熱、工藝性優(yōu)越等特點(diǎn) 。利用雙馬的種基團(tuán)接枝改性，經(jīng)發(fā)泡、聚合后就制得了改性聚雙馬來(lái)酰亞胺復(fù)合泡沫材料。雙馬泡沫無(wú)毒無(wú)味，容重小于 60 kg m3，熱系數(shù)低、耐油、耐酸堿腐蝕、阻燃性好， 燃燒時(shí)低煙、無(wú)熔滴，也不會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體?？傊p馬泡沫是比較理想的海洋船舶與軍用艦艇艙室隔熱保溫材料。

參考文獻(xiàn)：

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