新材料在舰船上的应用

新材料在舰船中的应用

我来到北京理工大学，学的专业是材料科学与工程(结构与电子信息方向)，也许我会和材料打一辈子的交道。所以报选修课的时候我选了新材料这门选修课。参加这门课主要是为了更加深刻的了解一下现代科技与新材料的关系以及当代

新材料的发展状况，还有就是对自己未来将要学习的专业知识有一个大体上的了解。上这门课呢，学习了好多在各个领域里面的高科技材料。；例如反坦克导弹的材料和构造，火箭材料，舰船船体的材料等等。这些不禁令我深刻的感受到了新材料对国防事业的重要性，对一个国家发展的重要性。我要写的论文是关于新材料在舰船中的应用。

我国海军舰船装备经过40多年的建设，已经初步建成一支有相当规模的由潜艇、驱护舰艇、快艇、猎潜艇、扫雷舰艇及各种辅助舰船和岸基飞机组成的具有一定作战能力的多兵种的海上战斗力量。同过去相比，我军的装备无论在品种还是装备性能上都有较大改善，特别是近年来交付的新装备，现代化水平和综合作战能力都有了一定提高。近年来，随着科技的发展，各国纷纷将精密制导技术应用于舰船之上，海军装备水平不断提高。舰船上采用的高新技术在现在已经成为其战斗力以及国家军事实力和综合国力的一种标志，而高分子材料以其优异的性能、多种特殊的功能成为了舰船上高新技术实现的重要物质基础，如以石墨纤维、玻璃纤维、碳纤维等增强的塑料具有吸波透波的性能。在海湾战争中，英国舰艇的上层建筑和武器装备就使用了吸波材料，以减弱雷回波。虽然就用量而言，高分子新材料在目前舰船建造中所占的比例未超过其它材料，但就其功能而言，它却占有重要的位置。

我通过上网查了一些资料，了解了好的高分子材料在舰船上的应用。下下面就让我来一一介绍一下：

1、水声换能高分子材料

人们比喻声纳设备是舰船的水下耳目，换能器及其基阵则可谓之耳目的鼓膜和瞳孔了。由于电磁波在水下传播衰减极快，探测距离甚微，因此发现和测量水下目标，目前仍主要采用声纳。声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播打到目标反射回来接收之，再转变为电信号供收听或观察，由此可以判断水下目标的方位和距离。在这个水下电声信号的转换过程中的关键设备就是水声换能器或是换能器阵水声换能器是舰船声纳的核心部件，其功能是把声信号转化为电信号。换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。廿世纪中叶开发的压电陶瓷材料很快取代了天然的压电晶体。压电陶瓷是经过高压直流极化处理之后才具有压电性的，所以又把它叫做电致伸缩材料，是当今压电换能器的主流。尤其在超声换能器领域有极其广泛使用价值。

按照不同的振动模式可以分为：

纵向振动换能器

这类换能器的振动方向与其长度方向平行。在换能器的长度方向传播应力波，它的谐振基频取决于长度，是声纳系统中使用得最广泛的类型。

圆柱形换能器

采用压电陶瓷圆管（或圆环），通过合适的机械结构，安装成所需的长度。它可

以做成水平无指向性、垂直指向性可控的宽带换能器，是声纳系统中仅次于纵向换能器的一种类型，此外它还是水声计量中惯用的标准水听器和标准发射器的选型之一。

弯曲振动换能器

弯曲振动换能器具有低频下尺寸小、重量轻的优点（与相同频率下、同一种有源材料的换能器相比较）弯曲振动换能器有许多形式如弯曲梁、弯曲圆盘、弯曲板等。

弯曲伸张换能器

弯曲伸张换能器一般是用两种振动模式组合起来的复合换能器。例如用纵向伸缩振动棒与不同形式的弯曲壳体组合成多种形式的弯曲伸张换能器，也可以用圆形平面径向振动有源元件与碗形弯曲壳体组合成II型弯曲伸张换能器。

球形换能器

利用空心压电陶瓷球壳的呼吸振动做成的球形换能器具有空间对称性好的优点。普遍用作点源水听器。

剪切振动换能器

振动方向和极化方向相平行而驱动电场的方向和振动方向相垂直的剪切振动可以满足某种特殊使用要求。如去除牙结石的换能器就是这种形式。

水声换能器的转换元件通常用压电材料或压磁材料统称为水声换能材料。舰船上使用的传统水声换能材料为锆钛酸铅压电陶瓷。但随着潜艇水下航速的提高和下潜深度的提高，其声纳基阵中水听器的性能会受到流噪声的制约。为克服流噪声的影响，需要使用大面积的水听器，以便非相干性的消除流噪场，同时检测出外来的长波声信号，这就要求换能材料为大面积柔性板。高分子化合物如压电橡胶和聚偏二氟乙烯正好能满足上述要求，压电橡胶既可作为消声材料，也可以用来制造水听器。美国新一代的“白人队长”级攻击性核潜艇的声纳基阵材料即为压电橡胶。挪威已在其舰船上试用了聚偏二氟乙烯作为水生换能材料，法国也计划把这种材料用于新型弹道导弹核潜艇。

2、消声吸声高分子材料

水下消声覆盖层是潜艇重要的隐身装备,它具有吸声、隔声、减振等功能。其中吸声的目的就是要尽量减少声反射,使大部分声能都在消声覆盖层内部消耗掉,因此水下消声覆盖层吸声材料的选择至关重要。传统的消声覆盖层选择的是橡胶材料,利用橡胶腔的谐振及阻抗过渡式结构吸声。但是由于厚度有限,传统的消声覆盖层只能实现中高频段的有效吸声,低频段吸声效果不好。随着水声探测声纳逐渐向低频发展,各国学者开始重点研究如何在不增加厚度的条件下,提高水下消声覆盖层低频吸声性能。这就需要寻找新的吸声材料,寻求新的吸声机理。近年来随着压电材料等一系列高分子功能材料在换能器等领域的广泛应用,国内外学者逐渐开始研究利用高分子功能材料来实现结构的减振和吸声。压电材料作为比较典型的高分子功能材料重要的组成部分,正逐渐被广泛地应用。

3、导电聚合物

高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料.第一个高导电性的高分子材料是经碘掺杂处理的聚乙炔，其后又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺等导电高分子材料〔1〕.由于这些导电高分子材料都具有共轭键结构，并且主要是由化学方法处理得到的，因此常称为本征型导电高分子材料.但是，这类材料的稳定性、重