在現代船舶發展過程中,美、俄(蘇)、英、德、法、日等船舶強國,均將材料技術發展視作船舶發展的基礎和先導,對材料技術發展給予了高度重視,不僅在不同的發展時期從船舶材料技術發展的頂層研究,制定了發展戰略規劃,投入大量人力、財力持續開展基礎材料技術、新興材料技術的研發和前沿技術的探索,而且非常注重試驗驗證平臺(包括試驗潛艇)的建設。伴隨著船舶發展,經過不斷創新,與時俱進,人們不僅研制了滿足船舶各發展時期所需的各種材料,而且已形成很強的材料技術的研究、生產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的基本理論、方法、工藝等。
著眼于當前船舶材料技術的發展狀況,立足于21世紀前期(2035年前)的高新技術發展,可以預見,21世紀前期船舶材料技術的發展趨勢將呈現出“高”、“復”、“鈦”、‘穩”、“防”、“有”、“無”、‘前”、“用”、“低”等十大特征。
“高”--船舶船體鋼材仍向高性能化發展
船舶結構鋼未來的發展趨向主要為:
1.仍將高性能化作為追求的主要發展方向,注重提高鋼材的整體性能,包括強度、塑性、韌性、抗爆性能、抗脆性破壞、耐海水腐蝕、抗疲勞特性等。
2.極其注重冷熱加工、焊接等工藝性能的研究,將改善結構鋼工藝性能作為今后重要的發展方向。
3.注重高強度結構鋼配方設計、制備應用技術的理論和方法的研究、完善。
4.在注重高性能化發展的同時,追求低成本的經濟性能,等等。
“復”--研發高性能多功能復合材料的趨勢方興未艾
船舶復合材料技術未來發展的趨向主要為:
1.一發低成本/高性能化的復合材料及其產品是未來的主要發展趨勢。
2.由單純承載結構型復合材料向多功能型復合材料(兼具結構型、隔聲、吸聲、阻尼、雷達隱身等特性)發展。
3.船舶復合材料結構和構件的壽命一般要求長達20年以上,研發復合材料結構健康監測和修補技術,以保證其長期安全可靠,是未來發展的重要方向。
4.注重研發得合材料部件之間及其與鋼結構之間的方便、可靠的連接技術,等等。
“鈦”--高性能鈦合金的研發與推廣應用勢在必行
未來船舶防護材料技術的主要發展趨勢為:
1.在繼續提高或保持鈦合金現有特性的同時,應將降低鈦合金及其產品的制造成本作為未來發展的重要方向。
2.開展施工方便、安全、可靠的鈦合金焊接及制造(彎曲、成型等)工藝等技術研究是未來發展的又一重要方向。
3.注重在船舶研制中進一步推廣應用鈦合金及其產品。
4.進一步完善鈦合金材料體系,繼續研發、拓展船用鈦合金產品系列,等等。
“隱”--仍將研發高性能隱身材料列為重要發展方向
未來隱身材料技術發展的主要方向為:
1.綜合化、高性能化是未來船舶隱身材料技術發展的主要方向。
2.適應主動振動噪聲控制元器件需求的隱身材料技術研究。
3.具有低頻消聲和去耦作用的聲學覆蓋層(含消聲瓦)的材料技術研究。
4.聲隱身、尾跡隱身等前沿技術研究。
5.新型隱身材料制備與應用(含檢測、施工工藝)技術研究,等等。
“防”--船舶防護材料以環保高壽命為重點正蓄勢待發
未來船舶防護材料技術的主要發展趨勢為:
1.以高性能防護材料(如金屬合金、納米材料、生物仿生材料等)替代單一防護功能材料為發展方向,力爭一材多用,一材足用。
2.艦艇易腐蝕和污損部位(如海水管系、上層建筑、緊固件、液艙等)的腐蝕和污損特性、機理及涂層防護技術的研究,將能有的放矢、因地制宜、因材施用地解決不同部位的防護難題。
3.鑒于新的國際海洋法的需求,以及海洋環境污染的嚴峻形勢,防護材料技術的發展過程中,在加強防護性能的同時,以追求環保、經濟性為重耍指標。
4.應加強研究船舶的全壽期最佳防護技術方案,并注重對防護效果進行有效監控與合理預測。
5.注重防滑、耐高溫密封防漏、艙室高性能環保性裝飾等船舶用特殊材料技術的研發和應用,等等。
“有”--船舶用有色金屬材料仍需加強推廣應用
未來船舶用有色金屬材料技術的主要發展趨勢為:
1.鋁合金。開展高強度耐腐蝕鋁合金材料的研究,以滿足新一代航空母艦大量減輕重量、提高結構的疲勞強度等需求;同時,開展鋁合金結構可靠性研究,以提高高速鋁質船的結構設計、操縱和維護能力。
2.銅合金。研制更高流速極限的船舶用銅質管系(目前通常為3m/s),以解決目前紫銅或B10鎳銅合金耐海水沖刷腐蝕性能或耐含砂海水腐蝕性能差的問題。
3.鎂合金。開展鎂包鋅型、鎂包鋁型復合犧牲陽極的研究,對鋼結構實施長期、穩定的保護。
“無”--開辟無機材料在船舶裝備上應用的新領域
未采船舶用無機材料技術的主要發展趨勢為:
1.開展無機材料在復雜海洋環境中的工作性能和腐蝕作用規律研究,提高環境適應性,提高防火、保溫、吸振、防腐等特殊性能。
2.開展高強輕質海工混凝土制備、生產及應用技術的研究,進一步促進類似海工建筑物的發展和應用,如離岸混凝土鉆采平臺及儲運平臺、躉船、浮船塢、起重船等工程船舶。
3.研發具有優良綜合性能(如工藝性、保溫隔熱、防火、防腐、經濟性)的船舶內裝飾材料。
“前”--船舶材料前沿技術呈現百花齊放的發展趨勢
未來船舶前沿材料技術的發展主要呈現如下趨勢:
1.自主創新、“奇思妙想”,提出新穎的前沿材料技術項目,并下功夫攻克技術難點,取得創新突破,發揮前沿材料技術獨特的優勢,從而給船舶裝備性能帶來顯著的提升。如壓電阻尼新型減振材料技術、智能可見光隱身材料技術、潛艇液體隱身衣材料技術、納米材料技術等前沿材料技術。
2.加強船舶裝備對材料技術發展的需求探索,為研發新型材料技術提供思路和方法;加強對新材料原理、方法、設計及制造技術的研究,為上船使用做好技術儲備。
3.加強新材料新工藝的應用技術研究,必要時可通過條件保障設施開展陸上演示驗證,或在其他非船舶行業開展應用探索,從中積累經驗,完善技術,給艦艇裝備一次性成功使用新興材料奠定基礎,等等。
“用”--加強材料應用技術的研究不可或缺
未來船舶材料應用技術的發展趨勢主要有:
1.開展面向應用對象的材料技術研究,使任何一項材料技術的研制有據可循,任何一項材料技術的應用有需求空間,這對推進新材料和新技術的研發與應用,具有重要意義。
2.開展新型船舶材料應用技術研究與試驗驗證,通過先進的材料應用技術與優良的實驗驗證結果,推動新材料的發展與應用。
3.開展新型船舶材料實船應用與推廣研究,通過實船應用驗證其上船效果,尋求契機進行推廣應用,等等。
“低”--船舶材料技術一如既往向低成本化的方向發展
未來船舶材料技術低成本化的發展趨勢主要為:
1.研究、建立一套較為完善的、可滿足工程實際應用的衡量、評估船舶材料經濟性的基礎理論、指標體系。
2.船舶材料經濟性評估(計算)方法研究。
3.船舶材料經濟性設計指導性文件(標準)研究、編制,等等。
著眼于當前船舶材料技術的發展狀況,立足于21世紀前期(2035年前)的高新技術發展,可以預見,21世紀前期船舶材料技術的發展趨勢將呈現出“高”、“復”、“鈦”、‘穩”、“防”、“有”、“無”、‘前”、“用”、“低”等十大特征。
“高”--船舶船體鋼材仍向高性能化發展
船舶結構鋼未來的發展趨向主要為:
1.仍將高性能化作為追求的主要發展方向,注重提高鋼材的整體性能,包括強度、塑性、韌性、抗爆性能、抗脆性破壞、耐海水腐蝕、抗疲勞特性等。
2.極其注重冷熱加工、焊接等工藝性能的研究,將改善結構鋼工藝性能作為今后重要的發展方向。
3.注重高強度結構鋼配方設計、制備應用技術的理論和方法的研究、完善。
4.在注重高性能化發展的同時,追求低成本的經濟性能,等等。
“復”--研發高性能多功能復合材料的趨勢方興未艾
船舶復合材料技術未來發展的趨向主要為:
1.一發低成本/高性能化的復合材料及其產品是未來的主要發展趨勢。
2.由單純承載結構型復合材料向多功能型復合材料(兼具結構型、隔聲、吸聲、阻尼、雷達隱身等特性)發展。
3.船舶復合材料結構和構件的壽命一般要求長達20年以上,研發復合材料結構健康監測和修補技術,以保證其長期安全可靠,是未來發展的重要方向。
4.注重研發得合材料部件之間及其與鋼結構之間的方便、可靠的連接技術,等等。
“鈦”--高性能鈦合金的研發與推廣應用勢在必行
未來船舶防護材料技術的主要發展趨勢為:
1.在繼續提高或保持鈦合金現有特性的同時,應將降低鈦合金及其產品的制造成本作為未來發展的重要方向。
2.開展施工方便、安全、可靠的鈦合金焊接及制造(彎曲、成型等)工藝等技術研究是未來發展的又一重要方向。
3.注重在船舶研制中進一步推廣應用鈦合金及其產品。
4.進一步完善鈦合金材料體系,繼續研發、拓展船用鈦合金產品系列,等等。
“隱”--仍將研發高性能隱身材料列為重要發展方向
未來隱身材料技術發展的主要方向為:
1.綜合化、高性能化是未來船舶隱身材料技術發展的主要方向。
2.適應主動振動噪聲控制元器件需求的隱身材料技術研究。
3.具有低頻消聲和去耦作用的聲學覆蓋層(含消聲瓦)的材料技術研究。
4.聲隱身、尾跡隱身等前沿技術研究。
5.新型隱身材料制備與應用(含檢測、施工工藝)技術研究,等等。
“防”--船舶防護材料以環保高壽命為重點正蓄勢待發
未來船舶防護材料技術的主要發展趨勢為:
1.以高性能防護材料(如金屬合金、納米材料、生物仿生材料等)替代單一防護功能材料為發展方向,力爭一材多用,一材足用。
2.艦艇易腐蝕和污損部位(如海水管系、上層建筑、緊固件、液艙等)的腐蝕和污損特性、機理及涂層防護技術的研究,將能有的放矢、因地制宜、因材施用地解決不同部位的防護難題。
3.鑒于新的國際海洋法的需求,以及海洋環境污染的嚴峻形勢,防護材料技術的發展過程中,在加強防護性能的同時,以追求環保、經濟性為重耍指標。
4.應加強研究船舶的全壽期最佳防護技術方案,并注重對防護效果進行有效監控與合理預測。
5.注重防滑、耐高溫密封防漏、艙室高性能環保性裝飾等船舶用特殊材料技術的研發和應用,等等。
“有”--船舶用有色金屬材料仍需加強推廣應用
未來船舶用有色金屬材料技術的主要發展趨勢為:
1.鋁合金。開展高強度耐腐蝕鋁合金材料的研究,以滿足新一代航空母艦大量減輕重量、提高結構的疲勞強度等需求;同時,開展鋁合金結構可靠性研究,以提高高速鋁質船的結構設計、操縱和維護能力。
2.銅合金。研制更高流速極限的船舶用銅質管系(目前通常為3m/s),以解決目前紫銅或B10鎳銅合金耐海水沖刷腐蝕性能或耐含砂海水腐蝕性能差的問題。
3.鎂合金。開展鎂包鋅型、鎂包鋁型復合犧牲陽極的研究,對鋼結構實施長期、穩定的保護。
“無”--開辟無機材料在船舶裝備上應用的新領域
未采船舶用無機材料技術的主要發展趨勢為:
1.開展無機材料在復雜海洋環境中的工作性能和腐蝕作用規律研究,提高環境適應性,提高防火、保溫、吸振、防腐等特殊性能。
2.開展高強輕質海工混凝土制備、生產及應用技術的研究,進一步促進類似海工建筑物的發展和應用,如離岸混凝土鉆采平臺及儲運平臺、躉船、浮船塢、起重船等工程船舶。
3.研發具有優良綜合性能(如工藝性、保溫隔熱、防火、防腐、經濟性)的船舶內裝飾材料。
“前”--船舶材料前沿技術呈現百花齊放的發展趨勢
未來船舶前沿材料技術的發展主要呈現如下趨勢:
1.自主創新、“奇思妙想”,提出新穎的前沿材料技術項目,并下功夫攻克技術難點,取得創新突破,發揮前沿材料技術獨特的優勢,從而給船舶裝備性能帶來顯著的提升。如壓電阻尼新型減振材料技術、智能可見光隱身材料技術、潛艇液體隱身衣材料技術、納米材料技術等前沿材料技術。
2.加強船舶裝備對材料技術發展的需求探索,為研發新型材料技術提供思路和方法;加強對新材料原理、方法、設計及制造技術的研究,為上船使用做好技術儲備。
3.加強新材料新工藝的應用技術研究,必要時可通過條件保障設施開展陸上演示驗證,或在其他非船舶行業開展應用探索,從中積累經驗,完善技術,給艦艇裝備一次性成功使用新興材料奠定基礎,等等。
“用”--加強材料應用技術的研究不可或缺
未來船舶材料應用技術的發展趨勢主要有:
1.開展面向應用對象的材料技術研究,使任何一項材料技術的研制有據可循,任何一項材料技術的應用有需求空間,這對推進新材料和新技術的研發與應用,具有重要意義。
2.開展新型船舶材料應用技術研究與試驗驗證,通過先進的材料應用技術與優良的實驗驗證結果,推動新材料的發展與應用。
3.開展新型船舶材料實船應用與推廣研究,通過實船應用驗證其上船效果,尋求契機進行推廣應用,等等。
“低”--船舶材料技術一如既往向低成本化的方向發展
未來船舶材料技術低成本化的發展趨勢主要為:
1.研究、建立一套較為完善的、可滿足工程實際應用的衡量、評估船舶材料經濟性的基礎理論、指標體系。
2.船舶材料經濟性評估(計算)方法研究。
3.船舶材料經濟性設計指導性文件(標準)研究、編制,等等。