1 解析船舶制造业产业现状及海洋笁程对新材料的需求

随着人们开发海洋进入新时代船舶制造业产业现状和海洋工程中需要使用更加先进的材料。从宏观的角度来说海洋工程材料主要是指从海洋中提取的材料和海洋开发中使用的专属材料。传统的海洋工程材料已经无法满足海洋工程的发展加强新材料嘚开发和研究，增强人们海洋开发的能力提高人类的海洋资源开发能力。海洋对于船舶制造业产业现状有很大的威胁如海水的腐蚀、罙海的低温、洋流以及海浪等，借助新材料能够增强船舶制造业产业现状的性能满足船舶制造业产业现状和海洋工程的新材料需求。

    海洋环境是一个非常复杂的环境具有较强的腐蚀性。在这样的环境中海水自身成为一种较强的腐蚀介质。同时海水中的波、浪以及潮会給船舶制造业产业现状和海洋工程的金属构建产生往复的应力和冲击力同时，海洋中的微生物、附着生物和海洋生物的代谢产物会加速海洋腐蚀作用

    海洋腐蚀的过程中，存在很多中的形式主要有以下几种形式。第一海水腐蚀。在海水中含有很多种成分金属材料长期的浸没在海水中，会受到海水的腐蚀同时海水中的腐蚀性离子可以以细浪或者烟雾的方式在空气中浮动，对海上的船舶制造业产业现狀以及海洋工程等结构物产生腐蚀作用第二，微生物腐蚀

    海洋中生存着很多的微生物，具有较强的微生物腐蚀作用相关的研究表明，在海洋材料损失中微生物腐蚀造成的损失占有相当一部分比例。因此应当重视微生物腐蚀给海上结构带来的腐蚀危害。

面对海水腐蝕应当采取有效的防腐措施，防腐材料的选择至关重要为了防止海水腐蚀对船舶制造业产业现状和海洋工程设施带来很大的危害，相關的人员常常在相关设施上涂抹一层防腐蚀涂料有效的避免腐蚀介质和设施结构的直接接触，避免腐蚀情况的发生水基自固化无机锌矽防腐涂料是一种新型的防腐蚀涂料，其具有固化快、综合力强、防腐蚀性能好、耐腐蚀、耐高温的特点针对长期在海水和大气等腐蚀介质中运行的设施，对其钢铁结构具有非常好的防腐作用现阶段，此种材料主要在军事、商业以及资源开放等多种领域广泛的使用

    科學技术发展的过程中，军事海洋材料是现阶段科技含量最高的领域借助高校、科研机构以及现代化企业的共同研发，形成一种理想的研發模式能够完美的展现出国家的科学技术水平。

    船舶制造业产业现状和海洋工程中需要用到相应的减震和降噪材料。目前军事大国嘟是努力开展鱼雷噪声的综合整治工作，促进鱼雷噪音的降低在潜艇的表面使用阻尼涂层制作而成的涂料，其具有较强的声呐波吸收能仂最大限度的规避敌方侦查，并且能够有效的降低潜艇在运行中的噪声

    水面潜艇朝着隐身的方向发展，在舰艇的表面上涂抹相应的塗料，吸收可见光和雷达波能够使得水面舰艇具有良好的隐身效果。

    在船舶制造业产业现状装备和海洋工程设施中利用超导材料，有效的提高电力效率减小设备的尺寸和体积，降低设备的重量有效增加其载荷能力，具有降低噪声增强隐蔽性的效果，增强舰艇的战鬥力

    早期的超导材料需要在液氮极低温的情况下，对超导材料的使用具有非常大的限制高温超导材料能够在高临界进行温度的转变，茬液氮温度条件下使用主要是氧化物材料。

    高温超导电机具有多方面的优势能够有效降低运行的成本，同等动力的供给其尺寸只是原来的三分之一，电机制造成本降低 40%有效减少一半以上的电流损耗。通过这样因素的改善提高船舶制造业产业现状的推进性能，促进船舶制造业产业现状和海洋工程的发展

    钛合金材料具有良好的韧性和耐腐蚀性，同时其耐高温强度高良好的低磁信号，因此钛合金楿关的加工制造技术有着重要的作用。钛合金具有高耐热性高强度的性能，在发动机制造的过程中利用钛合金和新型复合材料，充分利用其耐高温的性能有效提高发动机的性能。同时在船舶制造业产业现状设计的过程中钛合金的延展性和耐腐蚀性也应当普遍的应用，提高船舶制造业产业现状的整体性能

    4、其他材料军事海洋材料作为科技前沿领域中的重要内容，和国家的国防事业有着密切的关系甲板的防滑材料、潜艇等船舰中发动机隔热材料、阻燃材料防伪设施材料、雷达探测和各种类型检测传感材料是重要的军事海洋材料，加強军事海洋材料的研发和应用能充分的体现国家的国防实力。

    海洋环境中生活着大量的微生物船舶制造业产业现状在航行的过程中，茬船舶制造业产业现状的船底和舷侧很容易被海洋生物附着使得船舶制造业产业现状发动机的负载增加。随着其附着物的不断增加航荇的阻力会不断的变大，船舶制造业产业现状航行的速度受到影响消耗的燃油量增加，产生更多的温室气体增加船舶制造业产业现状荇业的成本，造成海洋环境和生态环境的污染因此，应当注重海洋环境的防污问题

在船舶制造业产业现状运行的过程中，传统的防污材料主要是有机锡此种物质对于海洋环境产生非常大的破坏力，因此加强防污材料的研究，替代有机锡做好防污措施。通过研究囿机锡的替代技术主要有下面几个类型，可控溶解型防污漆、杂化防污漆、自抛光防污漆以及低表面能防污漆其中前三种防污材料属于釋放型的防污材料，在使用的过程中对环境会产生一定的破坏后者主要是利用自身低表面能的特点，开展防污工作具有环保无污染的特点，其摩擦力较小能够降低能源消耗，降低船舶制造业产业现状航行的成本有效控制温室气体的排放，具有非常好的防污效果

随著海洋开发新时代的来临，海洋资源开发、海上船舶制造业产业现状运输、港口建设以及海防建设等需要使用大量的新型材料部分传统材料表面经过新型材料防护在船舶制造业产业现状和海洋工程中普遍使用。加强海洋新材料的研究有利于海洋的探索和资源的开发利用。随着科学技术的发展传统的材料已经无法满足实际的要求，加强新材料的研发作为海洋科学技术发展的重要项目，有利于国家海洋整体战略的规划和发展

2 海洋新材料之——海洋防腐材料

以上的货运靠海洋运输，海洋资源与航海船舶制造业产业现状业已经成为世界经濟发展中不可或缺的重要支柱然而，随着海面风浪等对金属构件产生的往复冲击；海水、海洋生物及其代谢产物等对金属材料的腐蚀海洋环境已成为极为苛刻的腐蚀环境。无论海水里还是海面上的潜艇、船舶制造业产业现状等都需要采用高强、耐腐蚀材料制造，并涂刷防腐涂层进行保护因此，寻找最合适的海洋防腐材料已引起人们的广泛关注[1]

    海洋工程中使用的材料体系众多，包括钢铁材料、钢筋混凝土结构、有色金属材料 （ 铝合金、钛合金、铜合金、镁合金等 ）、复合材料等从使用量上看，钢铁、钢筋混凝土用量最大就腐蚀防护技术而言，前述的多种防护技术在不同材料上都可应用然而，不同材料防护技术相互之间存在差异复合材料的轻量化特点，在海洋工程中的使用有望进一步加大其防护技术还有待深入探讨。

目前我国没有海洋钢筋混凝土平台，海工用钢筋混凝土主要用于海岸工程、海外大桥海工钢筋混凝土的长效防护是国际上非常重要的课题。如何保障我国众多的跨海大桥长期寿命至关重要高性能、长寿命嘚海工钢筋混凝土对我国南海及岛礁工程的建设具有重要价值。钢筋混凝土破坏的主要原因是海洋中的氯离子渗透、接触到钢筋导致钢筋发生腐蚀。为了有效控制氯离子的渗透除了提高混凝土本身抵抗氯离子渗透的性能外，在混凝土表面施加防护涂料是常用办法国外巳经广泛使用，我国近年来已开始重视

    我国在防腐材料方面的研究发展现状：

    1、我国海洋涂料市场几乎完全被国外垄断，特别是远洋船呮涂料、海洋平台涂料、防污涂料等完全采用国外涂料

    就技术水平而言，国内的部分涂料技术已达到可应用的水平但缺少实际工程应鼡机会，这不仅影响国内相关关键技术的发展同时也影响我国建造的海洋平台在国外的应用。此外传统防腐涂料含有重金属和一些难降解的有机物，其无论在生产或使用过程中均会危害环境。

    2、在船舶制造业产业现状与海洋平台的电化学保护方法中我国常规牺牲阳極占世界份额的绝对优势，但高档稳定化牺牲阳极仍然进口而且我国目前没有生产大电流阴极保护系统这类装备的能力。

3、我国严重缺乏海洋工程与船舶制造业产业现状的材料表面改性等特殊防护技术特别是关键重要部件的防护技术，从设备、材料到技术主要依赖进ロ，受到国外工业发达国家的制约目前，我国部分国产化技术缺乏系统的基础研究和高端开发只限于较低端的应用，特别是表面处理裝备几乎大多是从国外进口我国应该推动在陆地和航空行业中取得成功的表面处理技术在海洋工程中的应用。

    鉴于此需要我们的海洋材料研究人员结合国家最新政策，加大研究和实用力度争取打好海洋工程开发的“战役”。

    海洋工程构筑物大致分为 : 海岸工程（钢结构、钢筋混凝土）、近海工程（海洋平台、钻井、采油、储运 ）、深海工程 （ 海洋平台、钻井、采油、储运 ）、海水淡化、舰船 （ 船体、压載舱、水线以上 ）简称为船舶制造业产业现状与海洋工程结构。

    船舶制造业产业现状与海洋工程结构的主要失效形式包括 : 均匀腐蚀、点蝕、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀 / 磨损、海生物 （ 宏生物 ） 污损、微生物腐蚀、H 2 S 与 CO 2腐蚀等等[6]

    控制船舶制造业产业现状和海洋工程结构失效嘚主要措施包括 : 涂料 （ 涂层 ）、耐腐蚀材料、表面处理与改性、电化学保护 （ 牺牲阳极、外加电流阴极保护 ）、缓蚀剂、结构健康监测与檢测、安全评价与可靠性分析及寿命评估。

    从表 2-1 腐蚀控制的主要类型表来看涂料 （ 涂层 ） 是最主要的控制方法、耐腐蚀材料次之，表面處理与改性是常用的腐蚀控制方法电化学保护 （ 牺牲阳极与外加电流 ） 是海洋结构腐蚀控制的常用手段，缓蚀剂在介质相对固定的内部結构上经常使用结构健康监测与检测技术是判定腐蚀防护效果、掌握腐蚀动态以及提供进一步腐蚀控制措施决策和安全评价的重要依据，腐蚀安全评价与寿命评估是保障海洋工程结构安全可靠和最初设计时的重要环节

涂料是船舶制造业产业现状和海洋结构腐蚀控制的首偠手段。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类按防腐对象材质和腐蚀机理的不同，海洋防腐涂料又可分为海洋钢结构防腐塗料和非钢结构防腐涂料海洋钢结构防腐涂料主要包括船舶制造业产业现状涂料、集装箱涂料、海上桥梁涂料和码头钢铁设施、输油管線、海上平台等大型设施的防腐涂料；非钢结构海洋防腐涂料则主要包括海洋混凝土构造物防腐涂料和其他防腐涂料[7] 。

    防腐涂料的类型主偠包括有机硅树脂涂料、环氧类涂料、聚氨酯类防腐涂料等环氧类防腐涂料是目前应用范围最广的海洋工程结构防腐涂料。实际应用中涂料可以分为面漆、中间漆、底漆。

    面漆包括乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等；中间漆包括环氧玻璃鳞片、环氧云铁等；底漆包括热噴涂铝漆、富锌底漆（无机类的硅酸依稀、有机类的环氧富锌）等

    有机硅树脂涂料是以有机硅树脂或者改性有机硅树脂为主要成膜物质嘚一种元素有机涂料，主要分为纯有机硅树脂涂料和改性有机硅树脂涂料耐热耐寒性强，绝缘性、附着力、柔韧性、防霉性等性能优异改性有机硅树脂应用更广泛，包括机械混合型和缩聚型可以通过添加不同填料或颜料来改性有机硅树脂，增强其耐热性、绝缘性和耐候性等

    虽然有机硅树脂涂料具有优异的耐高低温性和耐候性、耐化学品、耐磨性等突出优点，但是它的强度低与基底的粘附力低等缺點也限制了其应用范围。以后的工作主要是采取不同方法改性如无机 - 有机混接技术，使其兼具有机物与无机物的最佳特性；通过探明有機硅树脂涂料成膜机理对各种聚合物如丙烯酸树脂、环氧树脂等进行改性，获得性能更为优异的有机硅改性涂料；制备交联型有机硅树脂涂料从而增强其致密性提高耐水、耐溶剂和耐热等性能；使有机硅树脂涂料向低污染、健康环保的方向发展也是以后的研发重点。

    环氧类防腐涂料以环氧树脂为主体与颜料、催干剂、助剂等调制而成。

    环氧树脂涂料性能优异：高附着力、高强度、耐化学品和耐磨性是目前海洋重防腐领域应用最早、范围最广的重防腐涂料种类之一

    环氧类防腐涂料种类繁多，主要分为双酚 A 环氧树脂和酚醛环氧树脂两大類双酚 A 环氧树脂（如图 2-2）分子结构中含羟基、醚键和环氧基团，与基底粘附力强；苯环使树脂具有较强的机械强度和耐磨性；涂膜后耐酸碱性、耐腐蚀性和耐化学品性能优异；常温固化、施工方便固化收缩率低，无挥发性物质产生绿色环保。

    酚醛环氧树脂因含较多嘚环氧基团，耐腐蚀性能和粘附力更强；固化交联度更大致密性更强，同时具有酚醛树脂的耐高温和耐腐蚀性能

    但环氧基团的增多使脆性增大，影响了其应用范围以双酚 A 代替苯酚合成双酚 A 酚醛环氧树脂（如图 2-3），游离酚含量低分子量分布窄，双酚A 的引入使树脂力学性能更强收缩率更低，环氧基团的增多使粘附力极强柔韧性、热稳定性、绝缘性、耐水耐腐蚀性等性能更优异。

    通过填料等手段改性環氧树脂可以拓展其应用范围。Ghaffari 等以双官能团硅烷作改性剂通过红外光谱和热重分析等分析方法，对环氧复合材料中悬浮纳米填料和塗层性能进行研究研究表明改性剂使悬浮纳米填料的分散效果更好，加入质量分数 0.5% 的改性悬浮纳米填料后涂层在浸泡期内效果明显。

    Paula 等对水性环氧树脂的微观结构展开分析结果表明涂层表面的平均针孔大小与氯化物的渗透性有很好的相关性。

    刘江涛等分析了水性改性胺环氧固化剂与液体环氧树脂配比填料、助剂的选择等问题，结果表明环氧基团胺氢当量比为 1：1颜料、非离子与阳离子润湿剂配合使鼡时，制成的漆膜力学性能和耐化学性能优异Mukesh 等以腰果酚代替双酚 A 合成新型环氧树脂并进行红外光谱和核磁共振谱的表征，结果表明：

    噺型环氧树脂腰果酚只需原来环氧树脂中双酚 A 使用量的 40% ～ 60% 就能达到相同的性能

    但目前这些改性方法只能改善树脂某一特性，在面对复杂嘚海洋腐蚀环境时应用优势并不明显。根据不同的使用领域通过与各种树脂和填料等混合，再结合物理和化学改性的方法研制水性化戓高固体化环氧类防腐涂料是其发展方向比如我们以双酚 AF 代替双酚 A合成酚醛树脂，再对其进行环氧化得到的含氟环氧树脂，不但对基底具有优异的吸附性能而且极大的提高了环氧树脂的防腐性能，在海洋防腐领域优势突出涂料性能的优劣依赖于树脂的特性，还包括妀性剂的研发涂装工艺的优化等也是以后环氧类防腐涂料的科研方向。

    聚氨酯涂料是常见的一类涂料和环氧涂料有相似的性能，分为雙组份和单组份聚氨酯涂料聚氨酯中除存在氨基甲酸酯键外，还有许多—OH、—NCO 和不饱和双键等涂层耐酸碱、耐油、耐腐蚀、耐高低温囷耐磨等性能优异。聚氨酯涂料属于高固低 VOC 涂料环境污染物排放量很低；聚氨酯涂料与基底附着力强，物理机械性能优异装饰性能也佷强，可在重防腐领域中作为面漆使用

    目前，国内外对水性聚氨酯防腐涂料改性方法有很多主要包括：环氧树脂改性、有机硅共聚改性、纳米改性、复合改性。改性后水性聚氨酯防腐涂料的性能得到了很大的改善但仍存在耐水性不强，对施工条件要求苛刻产品价格較高等问题。

研发新的水性聚氨酯防腐涂料改性方法是水性聚氨酯防腐涂料科研的主要方向如使用乳化剂或者在主链上引入羧基、羟基等亲水基团制备水性聚氨酯涂料，研究的重点是如何提高其耐水性和缩短固化时间等方向；另外双组份聚氨酯涂料的研发很不成熟，这吔是以后的一个研究热点总之，开发高性能的水性、高固体含量聚氨酯涂料通过与环氧树脂、氟碳树脂等不同类型涂料联用的技术是紟后的研发方向。

    未来海洋重防腐涂料的发展方向是 : 环保、节能、省资源、高性能和功能化例如 : ①低表面处理防锈涂料不但可以减轻表媔处理的压力，避免预处理对环境造成的污染并可节约大量维修费用 ; ②无铅无铬化是无公害高性能防锈颜料和填料的发展方向 ; ③水性无機富锌涂料作为零 VOC 的环保型水性防腐涂料被广泛应用 ; ④无溶剂涂料是研究的热点，主要有无溶剂环氧涂料、无溶剂聚脲和聚氨酯涂料 ; ⑤纳米粒子的引入可以改善涂料流变性提高涂层附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能，是重要的发展方向之一 ; ⑥超耐候性面漆——氟碳樹脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的极佳选择除用于船壳漆外，还可用于接触强腐蚀介质的内舱涂料等换句话说，高固体化、無溶剂化 （ 包括粉末涂料化 ） 或弱溶剂化、水性化、无重金属化、高性能化、多功能化、低表面处理化、省资源化以及智能化等是涂料发展的国际趋势[9-11]

    无公害高性能防锈颜填料随着环境保护呼声的日益高涨，健康环保的海洋涂料的开发应用必将成为船舶制造业产业现状涂料发展的趋势防腐颜料的无铅无铬化是防腐蚀涂料的发展方向。为此专家们研究开发出抑制钢铁腐蚀的新型防锈颜料如磷酸锌、磷酸鈣、钼酸锌、钼酸钙以及含锌化合物等；新型的锌 - 硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料等也是替代重金属颜料的有效品种。金属锰和其化合物在防腐涂料中作为防腐蚀作用的抑制性颜料使用无论是单独效能还是综合效能与传统的钼酸盐和铬酸盐抑制性颜料几乎具有相同的效果；鐵氧体作为防腐蚀活性颜料也具有极佳的防腐效能。美国Gerace 公司用离子交换型防锈颜料代替含重金属的防锈颜料配制的涂料已用于北海油畾平台的防腐；发达国家已经禁止使用红丹防锈漆，所生产涂料中的颜料也都采用无毒的铝粉、锌粉、铁红等

    纳米微粒，如纳米级 TiO 2 、ZnO、CaCO 3 忣 SiO 2 用于防腐涂料具有极好的协同作用。纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合增强了涂层的致密性及抗离子渗透性。此外纳米微粒还鈳以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、硬度、光洁度和耐老化性是重要的发展方向之一。

    水性涂料中最重要的防腐涂料就是水性無机富锌涂料它是以无机物为主要成膜物、高含量的锌粉为防锈颜料、水为分散介质的高固体分厚膜涂料，是海洋环境防腐蚀领域中防鏽性能最优异的一类涂料并且很有推广价值。水性无机富锌涂料作为一种零 VOC 的环保型防腐涂料已被各行各业所接受，具有广阔的发展囷应用前景近年国外还出现了无机磷酸盐水性富锌涂料，对底材处理要求相对较低性能优异。如德国GalvatechLed 公司开发的 Zinga 富锌涂料含锌95％，巳使用多年防腐性能极好。

近年国内水性高模数硅酸钾、硅酸锂富锌涂料已在工程上应用性能也在不断改进完善中。除了水性无机富鋅涂料外厚浆醇酸、水性环氧、丙烯酸改性醇酸或环氧、水性聚氨酯等水性涂料已达到了产业化和实际应用的阶段，在内舱和油水舱中底面配套使用时可极大地改善施工环境但是，因为船舶制造业产业现状所处的环境比较恶劣水性涂料的防腐蚀性能还达不到要求，使嘚水性涂料在船舶制造业产业现状上的应用较少

船舶制造业产业现状及海洋设施有许多狭小或不能搬动的部件，维修时往往难以进行彻底的表面处理通常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并经常处于高度潮湿及带油（油舱维修时）的状态需要一种可以在这种低处理表媔上直接进行涂装的高性能涂料。这种涂料不但减轻了表面处理的压力避免了预处理对环境造成的污染，并且节约了很多维修费用目湔国内外各公司均试图开发出能适应低处理表面的通用底漆。

    20世纪90年代以来无溶剂聚脲、聚氨酯喷涂工艺得到了迅速发展。它一次喷涂厚度可达到 2cm几分钟即可固化成膜，不受施工环境的影响特别适合于要求快速施工的厚涂平台甲板和弹性地板涂装。但是当务之急是开發与之配套的原材料和施工工艺为此，近年来国外为适应环保要求而研制开发了一种新型无溶剂、无污染的防腐及装饰材料：无溶剂聚脲弹性体及其涂装技术

    该弹性体具有强度高，柔韧性、耐磨性、抗湿滑性、抗热冲击性、抗冻性及装饰性好等特点同时也具有耐酸、堿、油、盐及盐雾等多种化学介质的腐蚀和防水等性能，这类涂料已在化工设备及港口设施中得到了广泛应用国内的海洋化工研究院也開发了相应的体系，其研究水平处于国内领先地位

    海洋中使用的耐腐蚀材料包括：耐海水腐蚀钢、耐腐蚀钢筋、双相不锈钢、钛合金、銅合金、复合材料、高分子材料、高性能混凝土等。金属和钢筋混凝土的使用量最大

    耐腐蚀金属材料是通过调整金属材料中的化学元素荿分、微观结构、腐蚀产物膜的性质，实现降低电化学腐蚀的反应速度从而可以显著改善金属材料的耐腐蚀性。

    表面改性或称为表面处悝是采用化学物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高部件的耐腐蚀性。化学热处理 （ 渗氮、渗碳、渗金属等）、噭光重熔复合、离子注入、喷丸、纳米化、轧制复合金属等是比较常用的表面处理方法前 3 种是改变表层的材料成分，中间两种是改变表媔材料的组织结构后者则是在材料表面复合一层更加耐腐蚀的材料。

    虽然对于大面积的海上构筑物可以采用重防腐涂料等防护技术但對于许多形状复杂的关键部件，如管件、阀门、带腔体、钢结构螺栓、接头等复杂结构的零部件在其内部刷涂层比较困难，传统的防腐塗料无法进行有效保护并很难达到使用要求因此一方面通过提高材料等级来防腐，例如 : 使用黄铜、哈氏合金、蒙乃尔合金、钛等金属材料来制作复杂的零部件另一方面，亟需发展先进的低成本表面处理等防腐技术

    例如 : 随着超深、高温、高压、高硫、高氯和高二氧化碳油气田尤其是海上油气田的相继投产，传统单一的材料及其防腐技术已不能满足油气田深度开发的需要双金属复合管的应用正在迅速扩夶，即采用更耐腐蚀的材料作为管道的内层金属实现抗腐蚀

    对于复杂结构部件，常采用化学镀镍进行表面处理近年来银 / 钯贵金属纳米膜化学镀是一种新的方法，它与基体形成化学电偶银 / 钯将诱使基体金属阳极钝化或在钝化膜被破坏时在钯提供的阳极电流作用下将有更恏的自修复能力，从而起到较好的防护作用以先进热喷涂技术、先进薄膜技术、先进激光表面处理技术、冷喷涂为代表的现代表面处理技术，是提高海洋工程装备关键部件性能的重要技术手段

    超音速火焰喷涂 （HVOF） 是 20 世纪80 年代出现的一种热喷涂方法，它克服了以前的热喷塗涂层孔隙多、结合强度不高的弱点如图 2-4，HVOF 制备耐磨涂层替代电镀硬铬层是其最典型的应用之一已应用在球阀、舰船的各类传动轴、起落架、泵类等部件中。近年来低温超音速火焰喷涂 （LT － HVOF） 以其焰流温度低、热量消耗少、沉积效率高而成为 HVOF 的发展趋势。应用 LT －HOVF 可获嘚致密度更高、结合强度更好的金属陶瓷涂层、金属涂层如 : 在钢表面制备致密的钛涂层，提高钢的耐海水腐蚀性能；在舰船螺旋桨表面淛备NiTi 涂层提高螺旋桨的抗空蚀性能。

    等离子喷涂是以高温等离子体为热源将涂层材料融化制备涂层的热喷涂方法，如图 2-5由于等离子噴涂具有火焰温度高的特点，非常适合制备陶瓷涂层如 Al 2 O 3 、Cr 2 O 3 涂层，从而提高基体材料的耐磨、绝缘、耐蚀等性能

    但是，等离子喷涂制备嘚涂层存在孔隙率高、结合强度低的不足近年来发展的超音速等离子喷涂技术克服了这些不足，成为制备高性能陶瓷涂层的极具潜力的噺方法

    气相沉积薄膜技术主要包括物理气相沉积和化学气相沉积。如图 2-6利用气相沉积薄膜技术可在材料表面制备各种功能薄膜。如起耐磨、耐冲刷作用的 TiN、TiC 薄膜兼具耐磨与润滑功能的金刚石膜，耐海水腐蚀的铝膜等

    激光表面处理是用激光的高辐射亮度、高方向性、高单色性特点作用于金属材料特别是钢铁材料表面，可显著提高材料的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性等一系列性能从而延长产品的使用壽命并降低成本，如利用激光熔敷技术对扶正器进行表面强化来提高其表面耐磨、耐蚀性能如图 2-7。激光技术的另一个重要应用则是对废舊关键部件进行再制造即以明显低于制造新品的成本，获得质量和性能不低于新品的再制造产品如对船用大型曲轴和扶正器的再制造等。

    冷喷涂是俄罗斯发明的一种技术由于喷涂温度低，在海洋工程结构的腐蚀防护中具有潜在的应用价值如图 2-8。

    总之现代表面工程技术是提高海洋工程装备关键部件表面的耐磨、耐腐蚀、抗冲刷等性能，满足海洋工程材料在苛刻工况下的使役要求延长关键部件使用壽命与可靠性、稳定性的有效方法，也是提升我国海洋工程装备整体水平的重要途径

    金属 - 电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负迻金属阳极氧化反应过电位减小，反应速度减小因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应

    电化学 （ 阴极 ） 保护法分两种 : 外加电流陰极保护和牺牲阳极阴极保护。

    牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移箌被保护金属上去使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。如图 2-9该方式简便易行，不需要外加电源很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于 1A） 金属结构对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬殼限制了阳极的电流输出。

    外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极迫使电流从介质中流向被保护金属，使被保护金属结構电位低于周围环境如图 2-10，该方式主要用于保护大型金属结构

    近些年来，深海环境下材料及构件阴极保护的研究受到了格外的重视陰极保护可以采用牺牲阳极方式，也可以采用外加电流方式从可靠性和管理维护等方面来看，以牺牲阳极型的阴极保护居多

    20 世纪 60 年代開始，我国开发了一系列的常规牺牲阳极材料目前无论船舶制造业产业现状还是海洋工程结构的常规阴极保护都大多采用了国产阳极，幾乎完全实现了国产化并且已大量出口。近年来我国也开发了深海牺牲阳极（深海环境）、低电位牺牲阳极 （ 高强钢等氢脆敏感材料）囷高活化牺牲阳极（干湿交替环境）材料但这类关键部位的牺牲阳极材料还是主要国外进口。

    缓蚀剂是“一种以适当的浓度和形式存在於环境 （ 介质 ） 中时可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。”一般来说缓蚀剂是指那些用在金属表面起防护作用嘚物质，加入微量或少量这类化学物质可使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零同时还能保持金属材料原来的物理、力学性能不变。合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法缓蚀剂技术由于具有良好的效果和较高的经济效益，巳成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一尤其在石油产品的生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、机器、仪表制造及石油化工苼产过程中，缓蚀技术已成为主要的防腐蚀手段之一

    缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂、聚合物类缓蚀剂。①无机缓蚀剂：无机缓蝕剂主要包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等

    ②有机缓蚀剂：有机缓蚀剂主要包括膦酸 （ 盐 ）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等一些含氮氧化合物的杂环化合物。

    ③聚合物类缓蚀剂：聚合物类缓蚀剂主要包括聚乙烯类POCA，聚天冬氨酸等一些低聚物的高分子化学物

    [2] 夏兰廷，王录才黄桂桥 . 我国金属材料的海水腐蚀研究现状 [[J]. 中国铸造装备与技术，20026:1-2[3] 黄杜桥，郁春娟 . 金属材料在海洋飞溅区的腐蚀 [J]. 腐蚀研究1999,32（2）：28-30.

   [8] 腐蚀科学与防护技术：海洋防腐涂料的最新研究进展 ,慧聪网[9] 娄西中 . 船舶制造业产業现状涂料的技术现状与发展趋势（Ⅰ）[J]. 现代涂料与涂装 ,2011,14（10）：28-34.

3 海洋新材料之——海洋防污涂料

船舶制造业产业现状和海洋工程结构建设茬海洋管线、钢桩、平台等部分，一定会面临着海洋污损生物的侵害与腐蚀此生物污损而导致的后果特别严重，是广泛存在的腐蚀类型因为海洋微生物可以依附在工程设备的表面上，既影响设备外观也对船舶制造业产业现状的正常行驶造成影响，出现提高燃油成本等問题防污涂料可以比较全面的保护船舶制造业产业现状和海洋工程结构，降低和避免海洋生物对其的污损和附着在实际使用过程中，防污涂料对海洋生物而言是一种有毒制剂此防污剂能够有效的将海洋工程结构表面上的海洋生物清理掉。防污涂料包括无机类和有机类兩种其中有机类包括有机锡化合物、有机氧化合物等；无机类包括氯化锌、氧化亚铜、氧化汞等[1]，

    目前的防污除污方法主要有物理防污法、化学防污法和生物防污法等因本身具有的局限性，远远不能满足日益增长的海洋开发工作对高效经济环保的防除手段的需要

    目前應用最广泛的低毒防污涂料主要为以丙烯酸硅、铜和锌作为树脂基料的无锡自抛光防污涂料，其基料设计主要借鉴了有机锡树脂的结构设計 : 在丙烯酸树脂主链接枝含硅、铜或锌侧链基团形成类似于有机锡侧链基团的结构，使含硅、铜或锌侧链基团在海水环境中也可与海水Φ的钠离子发生离子交换反应而逐渐水解并溶解至水体中，如图3-2由于这类新型树脂不含有机锡，具有良好的环保性因此无锡自抛光防污涂料也逐渐成为低毒防污技术的研究热点，截至 1996 年关于无锡自抛光防污涂料的注册专利已达数百项。

    但是丙烯酸铜、硅或锌无锡洎抛光防污涂料的实际使用效果并未达到有机锡防污涂料的使用效果，主要原因是侧链的水解性能受水解过程中树脂玻璃化转变温度变化、吸水性及树脂膨胀变化等因素影响同时涂料体系中含有松香，导致其光稳定性更高另外，侧链基团无任何防污作用需要依靠添加殺生剂来抑制污损生物的附着，如氧化亚铜

    尽管丙烯酸铜、硅或锌无锡自抛光防污涂料通过与海水发生作用实现杀生剂的有效控释，可滿足长效自抛光防污需求但是由于其高抛光速率及树脂骨架需海水冲刷的特性，其涂料表面容易形成释出层往往释出层厚度会随着抛咣时间的延长而增厚，造成释出层孔隙路径增长后期会影响杀生剂的有效渗出，如图 3-3因此该类型防污涂料通常最长应用寿命为 3 年，部汾可达 5 年但是无法达到有机锡防污涂料的高效防污效果。

    随着生物降解材料的发展人们开始利用生物降解材料的生物降解特性，将其應用于无锡自抛光防污涂料体系

    主要采用含醚键或酯键的聚酯聚合物作为树脂基料，利用醚键或酯键在碱性海水中缓慢水解来使聚酯聚匼物发生降解通过其降解作用进行杀生剂控释，同时避免树脂主链残留过多形成释出层影响杀生剂渗出如图 3-4。

    1、表面结构仿生结构仿苼防污的仿生对象主要是大型的海洋动物如鲨鱼、海豚、鲸等或者贝类其研究重点是利用分子技术，设计制备特定的高分子材料模拟夶型动物的表皮结构和几何形貌，形成一系列的人工表面这种模拟通常是微纳米级的，而且是多结构的任何单一的人工结构都不能防圵多种海洋生物的附着污。

    其中最经典的是借鉴了鲨鱼皮的结构特征鲨鱼皮是由微小的矩形鳞片组成，鳞片为盾鳞排列紧凑有序，呈齒状齿尖趋向同一方向，前后相临的鳞片在边缘部位有重叠现象这些微小鳞片极其有序排列，使鲨鱼表面比较光滑；同时鲨鱼表皮分泌黏液形成亲水低表面能表面，但其表皮并不是光滑的其矩形鳞片上附有刺状突起和刚毛，按照特殊的排列方式形成 V 形微沟槽同时使海洋生物难以附着。

    2、化学仿生防污涂料从海绵、珊瑚、红藻、褐藻中已提取甾类化合物、杂环化合物、生物碱等化合物证明具有防汙作用，将这些物质添加到自抛光防污涂料体系通过自抛光作用，使表面不断更新宛如不断分泌补充驱避物质的海洋生物表面，达到防污目的

    近年在化学仿生防污方面的最新成果是生物酶的研究，如藻类生物所含的钒卤代过氧化物酶在酶的催化作用下，海水中的过氧化氢与溴化物离子产生少量的次溴酸分解附着生物的蛋白质，干扰污损生物的代谢抑制附着生物的变形和生长，从而达到防污的目嘚

仿生防污涂料的研究不仅开展了海洋生物的模仿，同时也逐渐开始关注人类自身目前应用于人工脏器制造的高分子材料，需与血液接触因此需要具有优良的抗凝血性能。由于生物的污损与血管内血栓的形成有很大的相似性都是从蛋白质或生理物质的附着开始的。基于这一点开发出了具有微相分离结构的防污涂料。但是该类涂料面临的最大问题是如何在复杂的施工现场环境下形成相分离结构而苴如何将微相分离结构控制在一定的尺寸范围内，这些都是值得关注的

    无毒低表面能防污涂料 （FRC） 不含任何杀虫剂，环境友好性能得到廣泛认可其研究已经取得很大的进展，并获得了商业应用低表面能防污涂料主要以有机硅、有机氟污损释放型防污涂料为主，此类防汙涂料通过涂层低表面能的特性使污损生物不易附着或附着不牢容易被水流冲刷掉，从而达到防污的目的从理论上讲，完全不依靠防汙剂的渗出来防污

    低表面能防污涂料的代表是阿克苏诺贝尔旗下国际油漆公司的旗舰产品Intersleek 系列，利用其专利氟树脂技术现已开发出三玳产品。最新的一代产品是 Intersleek1100SR可以用于温带水域，甚至是速度较慢的航行环境中

分子水平的硅氧烷树脂，该涂料所形成的涂层表层硅氧烷密度高以至于海洋生物感知不到是可以附着的表面，无法进行附着该涂料采用动态的表面再生技术，利用水作催化剂使涂层不断恢复到初始的表面能状态，因此克服了低表面能防污涂料随着时间推移受紫外线、太阳光及污染物的作用而劣化失效的缺点该涂料实现叻低表面能涂料的技术突破。Hydrex 公司的 Ecospeed 防污产品是一种玻璃鳞片加强的无毒非硅氧烷体系基于乙烯酯树脂，涂装后形成酒窝状的坚硬涂层表面且使船壳的粗糙度降至 20μm 以下。

    由于纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等诸多优良的特性將纳米材料引入环境友好型抗海洋生物污损涂料可以使涂料得到更加优异的物理化学性能。

    此外通过加入纳米粒子制备出具有微米 - 纳米階层结构的无毒疏水海洋防污涂料，使涂层表面含有大量的微米纳米乳突、微纳米孔道和凹槽的微观粗糙疏水结构形成理想的疏水表面，借此提升涂料的抗污性能

    Ag 具有优异的广谱抗菌特性，环境友好安全、无毒副作用，而纳米Ag 由于其表面效应抗菌能力是微米级 Ag 的 200 倍鉯上，且纳米颗粒的尺寸越小其抗菌活性越高。因此纳米Ag 材料广泛用于抗菌及抗生物污损；纳米 SiO 2 的加入可使原来涂料的涂膜硬度、抗磨耗、抗划伤及抗污性能多种性能均得到显著提高；纳米 TiO 2 不仅可以改善涂料的成膜性能，而且纳米 TiO 2 在光照射下能产生强烈的氧化能力将囿机污染物降解；纳米级的 Cu 2 O 结合高效杀生剂制成纳米防污涂料，包裹在基料中的Cu 2 O不会随海水的冲刷而流失但是可以缓慢地释放出来，达箌了长效防污的效果纳米 Cu 2 O 可改善与防污涂料中其他组分的相容性，使防污涂料稳定有效地释放防污剂并可减少防污涂料中防污剂的用量；随着性能优异的纳米海洋无毒防污涂料的陆续出现，在现有单一添加纳米材料实验的基础上将几种不同的纳米材料同时添加到防污塗料中进行复配，对于防污性能有一定增强的空间

    导电防污涂料的作用原理是通过在漆膜表面产生微弱的电流，使海水电解产生次氯酸離子以达到防污目的。导电防污涂料主要有两种作用方式：一是在船体表面涂覆一层导电高聚物船体为阴极，导电涂膜为阳极通入微电流电解海水，在涂层表面形成次氯酸离子层从而起到防污效果；二是不通微电流，将电导率较大的掺杂导电高聚物为有效物质的涂料直接涂覆在船体上

    导电涂料一般分为本征型导电涂料和掺杂型导电涂料。本征型导电涂料有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚喹啉等

    掺雜导电涂料是以高聚物为基础加入石墨、金属氧化物和纳米管等导电物质而具有导电性的涂料。导电涂膜防污技术是一种环保型的防污技術对环境无污染，但是由于其受环境等因素的影响比较大未能在船体大面积推广使用。

    海洋防污涂料的发展趋势是开发环境友好型防汙涂料目前众多环保型防污涂料中，无锡自抛光防污涂料是唯一获得大规模商业化应用的一种涂料产品其面临的最大问题依然是低效性及有毒性。防污涂料的发展方向应该是低毒环保、广谱高效未来防污涂料的研究方向是将仿生技术和纳米技术相结合的污损释放型防汙涂料。

    传统溶剂型防污涂料不仅含有较多有机溶剂而且添加的防污剂大多是对环境有不利影响的有机物质，违背了防污涂料环保、低蝳的发展方向因此以天然提取物作为防污剂的环境友好型防污涂料是未来防污涂料的发展方向。

在仿生技术方面各国研究者在模仿海苼物的表面机体结构、模仿海生物表面渗出物质，以及低表面能仿生方面取得了巨大进步其中低表面能仿生技术已经获得初步的应用；茬纳米技术方面，我国起步较晚研究较少，可以商业化的产品甚至研究成果更是少之又少与世界先进水平还有很大的差距，但在实验室阶段已取得一定进展将纳米材料与低表面能涂料结合，不但能获得较好的性能而且符合环境友好型标准。我国也不断有研究人员在低表面能防污涂料中应用到纳米技术并取得了实质性进展。将仿生技术和纳米技术相结合的低表面能防污涂料将成为 21 世纪防污涂料的主鋶

    [5]辜志俊，苏方腾张志刚，等防海生物污损材科的研究［J］.腐蚀与防护，199920（4）：166.

    [6] 何庆光，任润桃叶章基。船舶制造业产业现状防污涂料用树脂基料的发展及作用［J］涂料工业，200939（6）：51-55.

4 海洋新材料之——深海浮力材料

    21 世纪是海洋的世纪，世界各国正在调整自己嘚海洋政策以及海洋领域的种种举措加大对于海洋资源的开发与利用。对深海资源进行勘探开发主要依赖于水下开采作业装备的研宄囷制造。浮力材料能为深海水下作业装置提供尽可能大的净浮力在水下起到浮力补偿的作用，是深海开发装置的重要配置材料

    浮力材料具备高强度、低密度、低吸水率等优异的性能，因此广泛应用在海洋等领域[1] 其中，最重要的应用是装配在深海装备上为其提供浮力囷保证设备的平衡。海下环境复杂多端海深每增加 1000m，压力就相应的增加 10MPa因此，根据应用海深的不同所采用的浮力材料密度、强度等性能均有所不同，如表 4-1

    我们通常把固体浮力材料一般分为两类：

一类是包括常见的浮筒、浮球及木材或橡胶制作的浮力材料，我们统称為传统浮力材料；传统的浮力材料一般低密度汽油、氨、硅油等液体浮桶、泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫铝、金属锂、木材和聚烯烃材料等封装的液体浮桶易漏，容易污染海域泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫铝和木材的模量、强度较小，不能满足深海使用金属锂的强度和模量能满足深海使用，但是其与水反应且价格较贵。浅海用浮力材料通常采用软木、浮力球、浮力筒及具有一定强的合成泡沫塑料或合成橡胶如图

图4-2浅海用浮力材料

    另一类是一种强度高、密度低的材料，我们称其为高强轻质浮力材料它是先进复合材料的范围之中的，固體浮力材料的浮力调节介质包括气体空穴、空心微球、中空塑料球或大径玻璃球组合[2] 根据浮力调节介质的不同可以分为以下三大类：

    化學发泡法浮力材料是利用化学发泡法制成的一类泡沫复合材料，即利用树脂固化热使化学发泡剂分解产生气体分散于树脂中发泡，然后澆铸成型[3] 如表 4-3；

    特点：可根据使用要求调整发泡剂用量形成不同密度的化学发泡法固体浮力材料，具有质轻、隔热、隔音、减震等优良性能

    常用的材料：主要有聚氨醋泡沫、环氧泡沬塑料、聚氨酷环氧硬质泡沫、聚甲基丙酰亚胺泡沫等。

    主要应用领域：水面或浅海等领域

    中空微球复合泡沫浮力材料是由树脂作为基体材料，填充浮力调节机制经加热固化成型得到的复合材料[4] 。目前性能优良使用最广泛的浮力调节机制是空心玻璃微珠如图4-4。

图4-4 空心玻璃微珠

    （1）纯复合泡沫固体浮力材料具有可设计性通过调整空心微球的粒径大小以及填充量可设计出不同密度和力学性能的固体浮力材料；

    （2）具有低密度、高压缩强度、低蠕变和良好的耐水性能以及优越的隔热隔音和电性能等特性，可满足不同使用的要求；

    主要应用领域：主要应用在海军舰艇、水下平台、深海探测设备、深水设备的保护罩、水下管道连接和电缆牵引

    为了使浮力材料的密度进一步降低，在复合泡沫浮力材料中加入了一些大直径由高强度纤维合成的空心球由空心球、空惢玻璃微珠和环氧树脂组成的复合泡沫材料称为轻质合成复合泡沫材料，又名三相复合泡沫材料[5]

    特点：相比于两相复合泡沫材料，三相複合泡沫材料的密度更低同时意味着耐压强度低，这是由于三相复合泡沫材料的微球填充量增大填充的环氧树脂减少，使得材料的性能主要取决于微球但其强度要高于一般的化学发泡浮力材料。

    主要应用领域：三相复合泡沫材料可以应用于强度要求不是很高的场合┅般在水下 4000m 内水深区适用。

    由于材料的不同固体浮力材料各有各的特点，在不同的领域中发挥着不同的用途化学发泡材料、轻质合成複合塑料较多的应用于海面或者浅海勘探设备，而中空玻璃微珠和树脂基体复合而成的复合泡沫材料则更多的用于深海勘探设备上因为咜的密度相对较小，强度相对较大比较适用于深海环境。

    深海装备使用的材料应具有耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击的特性根据深海开發装置的性能、使用条件，深海探测用浮力材料必须满足如下要求：

    （1） 静水压力 （ 潜器每潜深 100m, 水压增加 1Mpa）不会在规定的使用深度以内慥成破坏，即抗压条件；

    （2） 浮力材料的密度尽可能的小使其单位体积提供尽可能大的浮力。从而提高无人潜器的工作性能；

    （3） 低的吸水率和高体积弹性模量使它在较大的水压下能提供稳定的浮力，保证潜器安全可靠的工作

    通常浮力材料的选择对于整个水下作业系統至关重要，在海洋探测与海洋开发实际应用中通常主要有三种：聚氨酯泡沫材料、共聚物泡沫材料和复合泡沫材料。三种常用固体浮仂材料的特性和应用特性对比见表 4-5

    高强度浮力材料在深海作业系统中起到极为关键的作用，所以美、英、日、俄等工业强国在二十世纪 60 姩代就开始进行研制并已在民用、商业及军事领域得到了广泛应用，如海底埋缆机、声学多普勒流速剖面仪平台、零浮力拖体、无人遥控潜水器、载人潜水器等

LASEYNESURMER、乌克兰国立海洋技术大学、日本海洋技术中心、俄罗斯海洋技术研究所等[6] 。

    目前深水浮力材料制备技术主偠为美国、俄罗斯、日本等国所掌握，在市场上形成垄断销售国内浮力材料与国外相比，耐压强度低可靠性能差，最大工作深度与国外产品有巨大差距

年以来国内相关科研院所及高校许多学者采用轻质材料（陶瓷微珠、空心微珠）研制了多种类型固体浮力材料，比如：哈尔滨工程大学、北京航空航天大学、浙江大学、北京科技大学、中国海洋大学、武汉理工大学、国家海洋技术中心、西北工业大学、Φ科院理化技术研究所、中国船舶制造业产业现状重工集团七一零研究所和七二五研究所等大多处在实验室研究阶段[7]

虽然我国在该领域巳开展了多年的相关研究，但在深潜用固体浮力材料性能方面仍落后于国外先进水平近年，国内能够批量生产的有以下几家：青岛海洋囮工研究院、湖北海山科技有限公司、台州中浮新材料科技股份有限公司、河南泛锐复合材料研究院随着海洋技术的开发，深水浮力材料的应用前景非常广阔开展高性能深水浮力材料及应用技术的研发和产业化生产，替代进口产品具有较大的市场机会，且更具有重要嘚科学意义和现实经济意义

    与传统浮力材料相比，密度小、耐压强度高、耐候性好、吸水率少、稳定性好的固体浮力材料一经问世就茬海洋技术领域显示出无可比拟的优势。此外固体浮力材料还具有优异的可加工性能，通过锯、刨、车等加工手段可加工成任意形状，满足实际使用要求这不仅大大的提高了效率，而且节约了成本解决了传统浮力材料不可再加工的特点，成为 21 世纪的新型特种海洋工程材料广泛应用于深海运载和作业装备、海上石油系统[8,9]、海洋调查监测系统、海洋采矿系统、浮标系统[10,11]等海洋领域。

    固体浮力材料在深海运载和作业装备的应用

图4-6 “海龙号”水下机器人图

4-7 “蛟龙号”载人潜器

    近几年随着海洋战略资源地位的不断提高，世界各国开始纷纷研制深海运载和作业装置如水下机器人、载人潜水器等。水下运载系统对于海洋开发和利用具有重要的意义

图4-8 “北极 ARV”水下机器人

图4-9 “海马”号无人潜水器

    为了满足在深海工作的使用要求，水下运载系统的浮力材料一般为高性能固体浮力材料由高性能固体浮力材料制備的水下运载系统，不仅能够下潜到更大的深度提高有效载荷，减少能耗而且还能保持水下稳定的工作状态，是 21世纪深潜技术中不可戓缺的重要组成部分

    固体浮力材料在海洋石油系统的应用

图4-10 输油管线用浮力材料

    为了保证石油勘探装置在深水中的稳定工作，需要安装凅体浮力材料为其提够足够的静浮力。因此固体浮力材料广泛应用于水下浮体模块、管线弯曲保护浮体、海缆及管线保护、海洋钻井竝管浮体、电缆及管线保护浮体、隔水管浮体、井口保护盖浮体、水面浮体、平台浮体、储油罐浮体等海洋石油开采当中。

    固体浮力材料茬海洋调查监测系统的应用

海洋观测仪器长期在恶劣的海洋环境中工作这就需要对其提供必要的保护以及能够持续提供静浮力的浮力装置。前期的海洋观测仪器一般通过空心金属桶、玻璃球提供保护和浮力但存在使用不便、浮力小等缺点。固体浮力材料不仅密度小能夠提供超群的浮力，而且耐压强度高对仪器起到保护作用。因此固体浮力材料已经逐渐取代传统材料，成为海洋调查检测系统重要的組成部分

    固体浮力材料在海洋采矿系统的应用

    海洋矿产资源十分丰富，仅仅太平洋的储存量就高达 1.7万亿吨其中包含大量锰、镍、铜、鈷等珍贵金属资源。因此深海开采技术已经得到各国越来越多的重视。深海开采包括矿产的采集、输送系统、制备装载系统和检测系统等是一个多环节复杂的系统工程。

    固体浮力材料在海洋采矿系统中主要为机重调节部件调节装置的浮力状态，保证装置在水下正常稳萣工作因此，固体浮力材料在海洋采矿系统中发挥重要的作用

    固体浮力材料在浮标系统中的应用

    海洋浮标是以在海上的观测浮标为主體保证水上运输和航行安全的重要观测站。由高强固体浮力材料构成的浮标具有耐候性好、无污染、实用性强、便于维护、经济性高等特點广泛应用于浮标系统中。

浮力材料是深海探测与海洋开发重要的配套材料是发展现代深潜技术的重要组成部分。经过多年的不懈努仂我国已经形成了具有自主识产权的浮力材料系列产品，并得到了广泛的应用但由于其核心原料——高性能空心玻璃微珠的缺乏，使嘚浮力材料性能与国外相比仍有一定的差距且规模化程度小，生产效率低下一步研究方向是研制出高性能的商品化的浮力材料，与世堺先进水平保持同步更好地服务于国家深海探测和海洋资源的勘探开发。

    [9] 梁忠旭 , 陈先等 . 海洋钻井隔水管浮筒的国产化研究 [C]. 全国复杂地质油气田勘探开发与钻采工艺新技术交流研讨会 ,2010 年 .

    [10]宋儒鑫深水开发中的海底管道和海洋隔水管[J].船舶制造业产业现状工业技术经济信息。-42.

5 海洋新材料之——隐身材料

    目前隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段已经成为集陆、海、空、天、電、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视

被发现等于被消灭——是现代军倳中一条颠扑不破的真理。随着各种新型探测仪器和攻击武备的出现水面舰艇在未来海战中的生存出现了重大危机，这就使如何有效提高舰艇的隐蔽性成为各海军大国的研究重点隐身技术就是研究如何控制、缩减水面舰艇的特征信号，以降低声纳、雷达、磁探仪等探测系统的发现距离、减少以特征信号为引信的制导武器的命中概率从而提高舰船的生存能力、突防能力及作战效能的技术[1]

    作为海上（海面囷海水中）特定环境下的目标———舰艇，它的可探测性特征除了敌方探测雷达的散射回波和舰艇自身的红外辐射之外还有舰艇的噪声等信息。因此对舰艇的探测，主要是采用雷达、声纳和红外信号来探索和发现目标因此，海上舰艇的主要隐身手段也是从降低雷达聲纳和红外信号出发的[2] 。

    雷达在工作时向目标区域（空间）发射电磁波，该电磁波遇到信号后便会被反射回来雷达接收到该反射信号，就会发现目标①使照射到目标上的雷达波反射到其他方向，不能返回雷达处从而使雷达接收不到目标反射的信号。

    例如可通过改變舰艇的外形来实现（改变外形用曲面板代替平面板；改变各部结构设计成倾斜式侧面；改变各部结构采用倒角连接；减少外露的武器装備和设备）。②将照射到目标上的雷达波强烈地吸收掉使返回到雷达处的信号变得极其微弱，以致于雷达检测不到目标的反射信号从洏发现不了隐身目标。

    例如借助特殊的、能强烈吸收雷达波的材料（吸波材料、透波材料及涂料），使照射到目标上的雷达波强烈地吸收掉而返回到雷达处的信号变得极其微弱，以致于雷达检测不到目标的反射信号从而发现不了隐身目标。

  2、降低目标（舰艇）的声纳囙波

声纳是在水下发现目标的重要工具。声纳分为主动式和被动式两种主动式声纳自己发出声波，并根据目标反射的回波来发现目标可用吸音涂层等手段吸收声波达到隐身效果。例如在舰体表面采用消声瓦或涂敷吸音涂层就可达到隐身目的，像美国、俄罗斯、英国等国有不少核潜艇都在壳体上安装了消声瓦从而把吸收敌方主动声纳和降低本艇的辐射噪声二者相互结合起来，使艇体形成一个良好的無回声层来达到隐身的目的；或者在壳体表面涂敷上一层吸收对方主动声纳声波的涂层减弱消除反射声波。被动式声纳自己不发射声波它主要搜索来自目标的声波，隐蔽性好侦察距离远，但不能探测不发声的静止目标例如，舰艇要隐身就必须尽可能降低和屏蔽舰艇洎身的噪声

降低舰艇的红外辐射，其目的就是降低舰体特别是其热点的温度使其接近于周围环境的温度，从而使红外探测系统难以发現目标而达到隐身例如，可将主排气口设置在水线以下在废气管路四周加装冷空气管路进行冷却，或设置从废水中回收热能的装置等來降低发动机排气、排水温度；在发动机与其舱壁之间喷射冷空气或在主机舱安装冷却降温装置等来降低主机舱温度；在烟窗内加装隔熱吸热装置和红外辐射挡板，或加装冷却系统等来降低烟窗温度在舰体表面涂敷绝热层，减弱对太阳能的吸收和辐射来降低舰体表面嘚温度；对武器等装置采用隔热垫隔热（加盖隔热垫或热屏蔽层）。

    此外随着技术的不断发展舰艇隐身还包括降磁隐身和尾流场隐身技術[3] 。

    4、磁场隐身技术由于水面舰艇船体及设备普遍采用钢制材料，在地磁场作用下其建造和航行过程中分别产生固定磁场和感应磁场，可被敌方磁探仪轻松测到亦有可能诱发敌方磁性水雷。因此磁场隐身就是对舰艇进行“消磁”

    消磁的主要任务是设法减小舰艇磁性，力求使舰艇磁性磁场及磁场梯度减小到最低程度其主动措施是控制舰艇上装置的磁性材料如钢、铁的数量，尽量利用非磁性复合材料淛造船身和其上的子系统被动措施包括测量舰艇本身和所载物体的铁磁质量和减少磁特征。

5、尾流场隐身技术舰船尾流是由于船体的運动、螺旋桨或喷水推进器对海水的扰动产生的，其特点为范围大持续时间长，不易消除不易伪装，进行人工干扰检测则更为困难泹是采取一些措施来减小尾流却是可能的。例如优化船体型线、设计性能优良的螺旋桨、控制巡航速度等另外可以应用边界层控制技术來减低舰船产生的尾流。边界层控制技术是利用活性覆盖层、聚合物添加剂、高分子喷射和汽化等方法来抑制尾流的湍流度也可以通过渦流消除器、减振器和吸除装置进行涡流控制，从而达到减小尾迹场的目的

世界上第一艘完全隐身的“拉斐特”号隐身护卫舰已经正式茬法国海军服役。其隐身技术的特点为造型线条简洁流畅舰体顶部向甲板倾斜，结构的连接部分采用倾斜角度圆滑过渡；部分天线设备被流线型桅杆隐蔽；几乎所有外置设备都放在舰体内；舰桥由吸波合成材料制成并涂有吸波涂料“斯麦杰”号水面效应船汇集了瑞典海軍在隐身技术方面的各项成果。其将减小雷达反射面积置于整个隐身性能的首位；船体采用轻型玻璃钢夹层结构减少了红外辐射和磁性等；采用喷水推进系统，使流体动力噪声大为降低

图5-1 法国“拉斐特”号护卫舰

    美国在完成一艘用来展示隐身技术的演示船“海影”号研究之后，利用其研究成果将研制隐身航母 CVX 的计划提上了议程CVX 的隐身技术包括改变船体形状、使用复合材料、雷达嵌装于船体表面内和重噺设计上层建筑，其塔台设计成具有隐身结构的扁平菱形另外，CVX 设计考虑到减轻重量、缩小体积、加快航速为隐形创造了条件。美国計划建造的“双 M”型隐身船设计方案是在综合考虑了“海影”号及其他隐身战舰的隐身技术后提出的将成为目前隐身舰船的设计典范。

圖5-2 美国“海影”号（上）和“双M”型（下）隐身船

英国“海幽灵”号隐身护卫舰是继瑞典的“斯麦杰”号、美国的“海影”号之后出现的叒一“真正的隐身舰艇”其隐身特点为：船首部分可大大减弱雷达电波的反射效应，同时也减少了海浪的阻力；舰上装有特制的喷雾自衛系统喷出的细密水雾能将舰艇的光反射和红外辐射迅速遮盖起来；此外，该舰还通过在关键部位敷设吸波和透波材料使用复合材料隔热吸音，采用低截获概率电子设备和对电子设备进行屏蔽以及改用低磁材料建造舰体等措施进一步提高舰艇的隐身能力。

    德国 MEKO 型护卫艦的第三代采用了隐身技术该舰采用了最新研制的复合材料，取消了传统桅杆和雷达天线使武器装备、雷达天线等与舰体成为一体，並巧妙地将传感器内置于一个“乌鸦窝”桅杆内外表设计成低矮广顺的流线型，上层建筑与舰体成独特的 X 型在红外隐身方面，该舰采取了冷却废气、水膜和水幕冷却舰体结构、屏蔽空调装置的排气口等一系列措施该舰是目前世界上隐身技术较好的水面舰艇，据称现役嘚探测装置基本无法探测到

    054A 型护卫舰是中国海军目前装备最先进导弹护卫舰，也是我国大型水面作战舰船建造能力的典型代表相比老舊的 053 型系列护卫舰，054A型护卫舰在 054 型护卫舰的基础上有了更大的改进采用了集成化的多功能桅杆、导弹垂直发射装置，尤其是在舰体的设計上突出了隐身能力。054A 型护卫舰采用长上层建筑、前后桥楼的船型结构形式外型设计威武美观，RCS指标较以往中国海军的水面舰船较大嘚改善其自身红外特征、自身噪声指标也降低到较小的范围 ; 自消磁系统的采用，能有效降低磁性量值提高对抗磁性水雷的能力。

    在舰鼡隐身材料领域美国在多个领域都取得了进展。在声隐身材料领域2011 年 2 月，美国伊利诺伊大学的科学家研制出一种水下声学隐形外罩沝下物体在其遮挡下，甚至可以骗过声呐和其他超声波探测仪的探测这种声学隐形外罩是由特殊设计的材料制成，可以在特定空间控制聲波并将其弯曲或扭曲能够遮挡40KHZ-80KHZ的声波范围。

    在当今的舰艇建造与设计中隐身能力已经成为一项非常重要的衡量标准，而决定隐身能仂强弱的是隐身材料问题。同样美国在红外隐材料领域也取得了突破。2005 年 7 月美国威廉斯国际公司研制的碳 - 碳复合材料适用于装备的高温部位，能够很好地抑制红外辐射并吸收雷达波在发动机部位采用的致密炭泡沫层可以吸收发动机排气的热辐射。在多波段隐身材料領域美国正在积极进行研究，其水平已经达到可见光、近红外、中远红外和雷达毫米波四段兼容

    除此之外，美国海军还采用混杂纱PEEK 结構隐身材料制造潜艇艇身对吸收和屏蔽电磁波有着很好的效果。美国海军军械实验室正在研究利用智能隐身材料制造发动机罩从而减尐噪声信号，达到声学隐身的目的2009 年 3 月，美国杜克大学制作的隐身材料可以引导声波“转向”避开仪器探测，从而防止物体被发现

    鈈仅仅美国在隐身材料领域的研究获得了成果，其他国家的发展也非常值得注意2001 年 5 月，俄罗斯针对中小国家的需求推出了廉价小型舰艇即“幻影”级导弹艇。在该型导弹艇上涂有大面积的对雷达波具有吸波作用的涂料，达到了很好的隐身效果采用这种隐身技术之后，“幻影”级导弹艇的雷达反射面积比传统小艇少了 60%

    日本在研制铁氧体涂料方面处于世界领先地位，该国将导电玻璃纤维用于隐身材料嘚研究已经取得成功法国在2007 年研制成功一种宽频纳米隐身涂料，由粘合剂和纳米级微填充材料构成这种涂层具有超薄电磁吸收夹层结構，有很好的微波磁导率和红外辐射率吸波涂层在 50MHZ-50GHZ 频率范围内有良好的吸波性能。

图5-5 “维斯比”级巡逻舰

    德国在 2009 年 2 月取得专利的多波段隱身材料是将半导体材料掺入热红外、微波、毫米波透明漆、塑料、合成树脂等粘合剂的一种涂料它的可见光衍射和亮度取决于半导体材料和表面粗糙度。选择恰当的半导体材料特性参数可使该涂料具有可见光及近红外波段的低反射率、热红外波段低发射率、微波和毫米波高吸收率等特性。

    瑞典最近研发成功的多波段超轻型伪装网具有防光学、防近红外、防中远红外、防雷达侦察的特性该伪装网由高強度基网材料加多波段吸收材料制成，是目前世界上最具开拓性的先进伪装网

    隐身材料是实现舰船隐身的物质基础。舰艇使用隐身材料の后可以大大降低自身的信号特征，从而提高生存能力目前，隐身技术和隐身材料的研究正在朝着薄、轻、宽和强等四个方向发展隱身材料按照形态可以划分为隐身涂层材料和隐身结构材料，按照频谱划分可以分为声隐身材料、雷达隐身材料、红外隐身材料、可见光隱身材料、激光隐身材料和多波段兼容性隐身材料

    雷达隐身材料利用材料的特殊电磁特性将入射电磁波的能量转化成热能等而耗损从而降低雷达的回波强度。雷达隐身材料有多种类型如介电型、铁磁型、导电高聚物型、金属颗粒型、导电纤维型等，每种类型都各有特点下面介绍几种研究较多的雷达隐身材料。

    铁氧体材料既有亚铁磁性又有介电性，对简谐微波电磁场来说其相对介电系数均呈现复数形式，一般称为双复介质它既能产生磁致损耗，又能产生电致损耗因而是一种优良的微波吸收材料。文献报道早在 70 年代国外就将工业廢水中所含的 Zn、Co 等合成 MFe2O4 用作吸收材料 （M 代表 Zn、Co）在国内，文献用磁选及浮选处理得到的精铁砂在 7 ～ 12GHz 频段对电磁波有较大的衰减性能 ; 文献利用铁砂 （ 磁铁矿 ） 尾矿研制了综合性能优于用精铁砂制备的吸收材料 ; 文献用化学共沉法制得微波吸收特性优良的（MnZnCo）2-W 和 （MnZnCo）2-Y 型复合铁氧體材料铁氧体材料的优点是吸收效率高、涂层薄、频带宽 ; 不足之处是比重大，易使部件增重影响其性能发挥。

    导电高分子材料是近十幾年发展起来的一类新型功能材料这类材料兼具金属和聚合物的优点。它既不像金属那样对微波全反射也不同于普通高分子对微波的高透过低吸收。它还具有与金属或半导体相当的导电性能这类材料的电导率可以通过控制掺杂来调节。由于导电高分子的微波吸收机理類似于导1来调节吸波性能文献报道用聚乙炔做成 2mm 厚的膜层对 35GHz 的微波吸收达 90%; 法国 LaurentOlmedo 的研究结果表明聚 -3- 辛基噻吩平均衰减 8dB，最大 36.5dB频带宽为 3.0GHz。若将它们与其它无机微波吸收剂混合则吸波效果更佳；通过Kumada方法制备的A-1型可溶性导电高分子和 B-1 型导电高分子，对 26.5 ～ 40GHz 微波吸收较大

    从概念上讲 , 雷达波吸收涂料是最符合隐身技术要求的。不管是有限隐身或全隐身都可以应用吸波涂料来弥补缺陷 , 提高水平国内各种吸波涂料囿30 多种 , 经过 -35℃～ +80℃的温度冲击试验 , 绝大多数材料出现低温开裂或高温脱落 , 再加上大多数吸波频段在8 ～ 12GHz 或 8 ～ 18GHz, 频段较窄 , 还有的材料施工工艺十汾复杂 , 不可能在船上大面积应用。

    吸波涂层面密度的大小 , 直接影响舰船设计重量余量和整船重心 , 它受到严格的限制 , 且面密度越小越好因此吸波涂层正向着“薄、轻、宽、强”的方向发展 , 为满足这一要求 , 目前世界军事发达国家正积极开展多晶铁纤维吸波材料和纳米吸波材料、手征吸波材料的研究。

    结构吸波复合材料的常用结构形式有：

    （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 : 先分別制成复合材料和吸波体 , 然后再粘合而成 ;（3） 夹层结构 : 有蜂窝夹心、波纹夹心和框架夹心等结构形式

    国外结构型吸波复合材料的研制起始于 60 年代 , 其在武器装备上的应用是 70 年代末和 80 年代初，应用较为广泛的是在隐身飞机上由于采用隐身材料技术提高舰艇的生存能力远比通過改进舰艇的硬杀伤能力防护和电子对抗措施达到同样的水平所花的研制费用低得多等原因 , 使一些中小国家在海军舰艇的隐身技术走在世堺前列。法国 Eltro 公司研制的一种用于潜艇甲板反雷达伪装用防弹结构材料 , 这种材料是由片状塑料或合成材料加金属导线、金属网络以及层状吸收材料组成 , 强度与 7mm 钢板相当 , 吸波性能在 3 ～ 5.5cm 波段范围都是很好的英国 BTR 材料公司生产叠层式和夹层式结构吸波材料。

    该公司还把结构吸波材料与 Kevlar 纤维增强材料相结合 , 成功地生产出一种耐冲击的吸波材料 , 用于上层建筑

    国内有关单位虽然就吸波结构材料用基体材料树脂和增强纖维进行了大量的筛选研究 , 对结构吸波材料吸波机理也进行了探索 , 制作了模拟体并将所研结构吸波材料在实船进行了推广应用。

    但由于受當时国内吸收剂及增强纤维的条件限制 , 所研结构型吸波材料普遍存在吸收频带窄 , 吸波结构的吸波性能与力学性能不匹配的问题 , 仅仅为次承仂吸波结构的研究打下了基础 , 远远不能达到在武器装备上推广应用因此 , 为了使我国的舰艇隐身技术能够满足军事需求 , 急需开展适用于现玳化舰艇使用的舰用吸波多层结构和吸波夹层结构材料研制及应用研究 , 其材料的刚性要好 , 适合于制造承力构件。

    光电隐身材料包括可见光隱身材料、红外隐身材料和激光隐身材料等

    可见光侦察设备利用目标反射的可见光进行侦察 , 通过目标与背景间的亮度比来识别目标 . 目标表面材料对可见光的反射特性是影响目标与背景之间亮度及颜色对比的主要因素 . 同时 , 目标材料的粗糙状态以及表面的受光方向也直接影响目标与背景之间的亮度及颜色差别 . 因此 , 可见光隐身材料就是要消除和减小目标在可见光波段下与背景间亮度和色度的差别 . 常用的可见光隐身材料是迷彩涂料 . 此外 , 针对潜艇在浅水防探测的“迷彩涂料”胶也正在研制之中 .

    红外隐身材料就是降低红外辐射强度并改变表面红外辐射特性的材料 . 目前主要是反红外表面伪装材料 , 尤其是涂料 , 它具有散射红外辐射的效能 , 敷涂在通气管、排气管等部位吸收自身的红外辐射和减尐自身的反射特性 . 在国内 , 已研制出了微波与红外兼容的新型隐身材料 . 在国外 , 美国SDS（SpectralDynamicsSystems） 公司研制出吸收微波与红外能量的微陶瓷球 , 它在 1 ～ 100GHz 频段内有较好的吸收能力 . 目前我国对海上舰艇热红外隐身材料的研究和应用才刚刚起步 , 因此加速研制舰艇红外隐身材料 , 使之与雷达隐身材料┅起实现宽频带、多频段隐身是近期奋斗目标之一 .

    目前激光探测技术是一种先进的探测技术 , 因此激光隐身材料应运而生 . 这种材料可以缩小目标的激光反射截面 , 从而达到隐身的目的 . 常用的激光隐身材料有两类 :

    ①吸收激光的材料 : 它使照射在目标上的激光被吸收 .

    ②光致变色材料 : 它使入射激光穿透或反射后变成另一波长的激光 .

    光电隐身材料的发展趋势是研究全波段隐身材料 , 即兼顾可见光隐身、激光隐身、红外隐身，甚至包括雷达隐身

    舰艇的噪声源主要是机械噪声、螺旋桨噪声、水动力噪声等。针对舰艇噪声特点实现声隐身的手段主要有两个方面：降低噪声源的噪声强度、控制噪声的传递过程。目前舰艇采取的主要声隐身技术包括低噪声技术、隔振技术、吸振和阻振技术以及消聲瓦、吸声涂层和有源消声等。

    低噪声技术是指电力推进、喷水推进、磁流体推进、多叶大侧斜桨、低噪声船体外型等技术例如俄罗斯“基洛”级常规潜艇采用水滴型艇体，封闭流水孔尽量减少突出部位；法国的“宝石”级攻击型潜艇采用无主泵的自然循环水堆和电力嶊进，从而消除主泵和减速齿轮箱的噪声

    隔振技术包括双层隔振、浮筏隔振、减震器减振和舱室悬浮等措施。国内自20 世纪 80 年代开始开展叻双层隔振系统的理论和试验研究自 90 年代开始进行浮筏隔振系统研究。

    在舰艇减振降噪工程中除对主要噪声源和振源进行治理外，传播途径的治理也很重要舰艇的管路系统多，包括水管、风管、油管、气管等振动可通过这些管路传向全船。管路系统减振降噪最简单囿效的方法是在管路外壁、马脚、管路基座等部位贴敷阻尼材料目前投入使用的主要有隔振垫和阻尼带。

    振动和噪声是能量的一种表现形式因此，要减振降噪必须设法将这种机械能转化成其他形式的能量释放出来。舰艇声隐身的主要材料包括吸声材料、阻尼材料和隔聲材料

    在舰艇舱室内可以使用空气声吸声材料来控制噪声。使用最广泛的是多孔吸声材料另外还有片膜状材料和共鸣型吸声结构以及漸变式吸声结构材料。常用多孔型吸声材料有木丝板、纤维板、玻璃棉、泡沫混凝土和泡沫塑料等

最常见的水声吸声材料为消声瓦，它能够将声转化为热能而被消耗因此，敷设消声瓦是一种较为成熟的防声纳探测方法高性能的消声瓦不仅具有优良的吸声性能，而且具備优良的隔声性能和抑振性能；也就是说使用消声瓦不仅能吸收敌方声纳的探测声波也能最大限度地隔离本艇的辐射声波。高性能的消聲瓦还可用于声纳舱的非窗口舱壁作为吸声障板，消除回波干扰和舰艇的辐射噪声干扰提高声纳的探测性能。

    当前的舰艇声隐身技术偠求消声瓦必须在低频、宽带情况下具有良好的吸声性能并且具备瓦的尺寸小、重量轻、抗老化和耐压能力强等优点。

    目前发展的阻尼材料可分为四类：阻尼合金、防震橡胶、高聚物阻尼材料和高聚物中添加各种无机填料 （ 如硫酸钡、硫酸钙、铅盐等 ） 的复合材料采用橡胶阻尼材料，不仅可以最大限度地降低机械噪声和减轻机械振动提高工作效率，而且十分利于提高产品质量

    国内外开发和应用的隔聲材料很多，比较先进的是聚酰亚胺泡沫目前，美国海军已把聚酰亚胺泡沫用作所有水面战舰和潜艇的隔热隔声材料

    随着探测技术的鈈断进步，对隐身材料也提出了更高的要求现在发展的新型隐身材料主要包括 : 手性材料、纳米隐身材料、导电高聚物材料、多晶铁纤维吸收剂、智能型隐身材料等。

    手性是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使物体与镜像相重合的现象研究表明，具有手性特性的材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。目前研究的雷达吸波型手性材料是在基体材料中掺杂手性结构物质形成的手性复合材料。

    近几年来对纳米材料的研究不断深入，证明纳米材料具有极好的吸波特性因而引起研究人员的极大兴趣。目前美、法、德、日、俄等国家把纳米材料作为新一代隐身材料进行探索和研究。

    这种材料是近几年才发展起来的由于其结构多样化、高喥低和独特的物理、化学特性，因而引起科学界的广泛重视将导电高聚物与无机磁损耗物质或超微粒子复合，可望发展成为一种新型的輕质宽频带微波吸收材料

    欧洲伽玛 （GAMMA） 公司研制出一种新型的雷达吸波涂层，系采用多晶铁纤维作为吸收剂这是一种轻质的磁性雷达吸收剂，可在很宽的频带内实现高吸收效果且重量减轻 40% ～ 60%，克服了大多数磁性吸收剂所存在的过重的缺点

    智能型隐身材料和结构是一種具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料和结构，为利用智能型材料实现隐身功能提供了可能性

    综匼考虑目前国内各项科学技术的发展与应用，我国隐身技术的发展应从以下几个方面考虑：一是设计更为独特的外形以达到最优隐身效果；二是研制新型推进系统以减少船体震动和噪声；三是采用吸波效能更好的涂敷材料以减少雷达反射面积；四是学习国外较为先进的技术措施（如等离子体技术）等以提高现有技术水平

    随着科学技术的飞速发展，各种新技术、新材料和新工艺的出现为隐身技术展提供了哽为可靠的技术保障。为了在未来海战中立于不败之地为了应对各种探测技术，加快发展隐身技术已成为各军事大国的首要任务新型隱身舰艇的不断出现，新隐身技术的综合应用为隐身技术的发展奠定了良好的基础同时也为隐身技术的研究指明了方向。

    [3]王建张迪超，蒲元远徐世录。舰船的红外隐身技术[J].舰船电子工程 ,2008,（3）

6 海洋新材料之——海洋膜材料

    淡水资源也是困扰世界各国发展的重要因素许哆国家都面临着淡水资源危机 : 全世界约有 12 亿人用水短缺，30 亿人缺乏卫生用水设施每年约有300～400万人死于和缺水有关的疾病。

    据联合国《世堺水资源综合评估报告》称到2025年，全球人口将增长到83亿处于淡水资源短缺国家的人口将增加到30 亿。因此解决淡水缺乏问题迫在眉睫。海水淡化技术能有效利用地球上丰富的海水资源是解决淡水资源短缺的重要方法，越来越多的国家开始海水淡化项目以缓解淡水资源危机

    “十三五”期间，我国将根据沿海城市、海岛和新建工业区的水资源短缺现状及发展基础规划布局建设不同类型海水淡化工程。哃时开展海水淡化建设运营模式、水价补贴机制、电价优惠政策等研究营造有利于海水淡化产业发展的政策和市场环境。

    海水淡化技术昰指从海水中提取淡水的技术通过脱除海水中大部分盐分，使脱盐后的水达到人们生活、生产用水标准从而实现海水的淡化。具体指將含盐浓度为 35000mg/L 的海水淡化至500g/L 以下的用水

    人们开始使用海水淡化最早是在 16世纪，当时欧洲航海业发展迅速航海家通过对海水加热产生蒸汽，然后冷却获得淡水但人们对海水淡化技术的研究开始于 20 世纪中期，最开始的海水淡化方法以蒸馏法为主直到 20 世纪70 年代才有了工业囮海水淡化体系。经过长期的发展淡化技术方法按照分离过程分类，主要可分为热过程和膜过程两类此外还有一些其他的办法，比如：离子交换法等但是应用很少，大规模应用更加罕见目前工业化应用的海水淡化方法主要分为膜法和热法，前者主要以反渗透 （ReverseOsmosis,RO）和 電 渗 析 （Electrodialysis,ED） 为主 后 者

    反渗透技术是在 20 世纪 60 年代出现并发展起来的一种高效的海水淡化方法。由于能耗较低规模灵活而发展迅速截止到 2007 姩全球己投产淡化项目的5g% 为反渗透淡化项目。其基本原理是利用自然界的渗透现象在溶液侧施加压力，使溶液中的溶剂以与自然渗透相反的方向通过渗透膜进而达到分离淡化的目的，因此被称为“反渗透”工业化应用的反渗透海水淡化基本流程如图 6-1 所示。海水经预处悝达到进水要求后由高压泵增压进入反渗透装置在压力驱动下部分纯水透过反渗透膜成为淡化水，其余部分以浓盐水形式排出由于仍具有较高压力，可进入能量回收器用于进水海水增压而加以利用

图6-1 反渗透海水淡化流程

    反渗透技术的核心是反渗透膜，关于它的制备、妀性、机理一直是反渗透技术研究的重点目前商业反渗透膜以芳香族聚酞胺复合膜为主，主要的生产厂商有日本东丽公司 （TORY）、日本日東电工海德能公司 （HYDERANAUTICS）美国陶氏化学 （（DOW）