向全球公布，中国独创颠覆技术，碳纤维潜艇6000米深海，猎杀航母|无人潜航器|核潜艇|深海|碳纤维|航母|舰船

众所周知，碳纤维(CF)及其复合材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热膨胀系数小等-系列优异性能。目前几乎没有什么材料具有这种全面的特性。它们既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。

工业黑色黄金——碳纤维

也因为如此优异的特效，碳纤维被广泛应用在军事领域，比如战斗机，与其他高性能的纤维材料相比，碳纤维具有最高比强度和最高比模量的优点，碳素材料力学性能十分优异、且抗疲劳、耐腐蚀性能好，因此广泛应用于飞机制造业中,相关材料表明,近年来新研发的高端飞机有 50%以上的结构材料是碳纤维复合材料产品。尤其在军用飞机上,飞机的结构大部分由碳纤维复合材料制成,比如战斗机和直升机的机体机翼、蒙皮和刹车片等。在第五代战斗机上，碳纤维复合材料得到大量使用。

还有火箭和导弹，由于碳纤维是目前唯一能在大于 2 200 ℃大气温度下保持纤维强度的高强高模纤维，其强度甚至高于钛合金或其他高强金属,而军用碳纤维的强度更高,经过加工处理的军用碳纤维可以承受3 000 ℃甚至更高的温度,凭借这种高强度、耐高温且质量轻的特点被广泛应用于军用火箭部件中,比如火箭发动机罩、发射助推器、发射筒、防护机体罩、导弹弹头等结构。

除此之外，防护服、炸弹、卫星、舰船都离不开碳纤维，早期海军舰船的螺旋桨材料都是镍铝铜合金，加工的叶片不但成本高，而且在使用中叶片容易疲劳产生裂纹，声学阻尼性也相对较差。在螺旋桨材料中添加碳纤维复合材料后，由于其高密度的性能特征，能够承受更大的水动力和离心力，使这些问题迎刃而解。

此外，在舰船武器外罩和导弹冲击遮护板上添加碳纤维复合材料，还能有效降低外部高速射弹和榴霰弹对舰船甲板、防护板的冲击损伤。

那么这个时候，就有一个问题出现了，碳纤维可不可以用于潜艇呢？

唯一缺陷是：怕水

西方认为这是不可能的，目前的研究表明，碳纤维本身由纤维与基体组成,存在纤维与基体的粘结界面；在碳纤维壳体结构中，一般都是多层碳纤维布粘结而成，存在不同层的碳纤维粘结界面；在长时间的复杂海洋环境及载荷作用下，碳纤维结构中的异种材料界面会由于材料性质不同、变形不协调等原因出现损伤，如界面分层、界面裂纹等。

简单理解来说，碳纤维的水解反应速率很快，一旦与水接触，就容易导致其性能下降。尤其是长期浸泡在水中，其耐水性能更加受限。

因此，碳纤维在海洋结构与装备中往往不是单独使用,需要与金属材料配合使用，存在碳纤维与金属的连接界面。

2023年6月，由美国私营公司Ocean Gate运营的世界上第一艘碳纤维载人潜水器“泰坦”号在前往4000米深的泰坦尼克号沉船残骸的途中被巨大的水压摧毁，艇上5人全部遇难。

许多业内人士将这一悲剧归咎于碳纤维在水下的弱点：在巨大的压力下，水会渗入纤维之间的缝隙，反复的上升和下降可能会使船体开裂和变形。因此，欧美军工界认为，深潜器只能采用钛合金或钢体。

悲剧发生后，海底探险家、电影《泰坦尼克号》导演詹姆斯·卡梅隆在接受采访时说，“我从不相信在圆柱形船体上缠绕碳纤维丝的技术会成功。我认为这是一个可怕的想法”。

中国为什么要打造碳纤维潜艇

但是中国科学家却并不这样认为，众所周知，我军的战略核潜艇因为大直径艇壳工艺不过关，无法容纳自身携载的大尺寸弹道导弹。导弹发射筒会外露于艇体，还要覆盖一个整流罩加以保护，这样的结构导致核潜艇上部有一个非常明显的隆起，所谓的“龟背”就出现了。

“龟背”会导致噪音偏大，对战略核潜艇的安全不利。中国要切实保卫自己的海上经济生命线，必须建立起一支远洋海军。也就是说，战略核潜艇应该前往陌生甚至敌对海域执行战略威慑任务。

我军核潜艇要在海外进行战略威慑，自然不能像在国内堡垒区内那么安全，在远海一旦被敌军盯上，最需要的就是快速脱离危险区。这个时候，核潜艇的静音航速和降噪就至关重要。那么就必须要解决“龟背”问题。

由此，中国科学家想到了，把碳纤维运用在潜艇上，那么要如何克服碳纤维的缺陷呢？根据《南华早报》的报道，中国科学家成功研制了超级碳纤维材料，这种舱体能在6000米深的水下轻松承受巨大压力，在提高整体性能的同时大幅降低制造成本。

中国研发的这种超级材料，成功颠覆了欧美“碳纤维不能在水下使用”的观点。根据中国科学家在中国学术期刊《纤维复合材料》上的同行评议论文中的论述。

中国科学家认为，目前深海潜水器的耐压结构一般采用合金钢或钛合金，但由于材料密度大，这些耐压结构的重量占总重量的比例很大，限制了深海潜水器的承载能力。而碳纤维材料因其低密度、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀和设计灵活等优异性能，一旦可以应用在潜水器中，将会拥有深潜和高负载的优势。

中国研发颠覆性材料

因此，在经过了重重的难关之后，中国科学家成功制造出了颠覆性的超级碳纤维材料，由这种碳纤维材料制造的碳纤维压力舱壁厚约3厘米，仅仅是泰坦号舱壁厚度的四分之一。然而在实验室测试中，它可以轻松承受77兆帕（MPa）的水压，是泰坦号船体在华盛顿大学实验室测试中所能承受压力的两倍多。

这种碳纤维材料制成的船舱可以承受90兆帕的压力，相当于近9000米的海洋深度。不过，为了确保安全，中国科学家将其工作深度设定为6000米，相当于60兆帕的压力。

碳纤维压力船体的外层是一层薄薄的1毫米防水涂层。研究人员说，这种涂层提供了一定程度的保护，在正常使用过程中不会出现泄漏、损坏、界面脱开、开裂或其他问题。

碳纤维压力舱的前后两端还使用了T4钛合金材料。由于它必须承受从零米到6000米的交变海水压力，设计人员考虑了疲劳问题，例如碳纤维船体以及碳纤维和钛合金连接处的压力和温度变化。可以承受超过2000次的交替循环。

众所周知，潜水艇要想不被发现，就只有两个方法，要不然就是提高潜艇的隐身性能，要不然就是潜艇要下潜的够深，藏得住，是潜艇作战成功的前提；先敌攻击，是潜艇制胜的关键。

现役潜的最深的核潜艇也就是美国海军的海狼级，其最大下潜深度为610米。按照常理来说，想要潜艇依靠下潜深度来躲避反潜机的探测，那估计是难以实现的。

但是在使用了碳纤维材料以后，潜艇可以携带更多的武器，同时也可以下潜更深的海底，从而给航母致命一击，要知道，现役鱼雷的最大反潜深度为900米-1200米，就算是被发现了，也是难以打击的。

而且，我们要知道，中国生产了全球近一半的碳纤维。随着许多新生产线的建设，一些工业专家估计中国的生产能力在未来几年可能会大幅增加，从而进一步降低碳纤维的价格。也就是说把碳纤维运用在潜艇上，产能够、成本低、战斗力强，可以说是一举多得。

当然，要把这种碳纤维材料运用到潜艇之上，还要经过更为严密复杂的论证，未来，我们一定可以看到独属于中国的碳纤维核潜艇。

将打造碳纤维无人潜航器编队

除了深海船体外，中国团队还开发了一种更薄的碳纤维船体，专门用于在浅水区作业的低成本水下潜航器。

在生存性、隐蔽性、风险承受力、造价和使用成本等方面，相对于有人潜艇具有较大优势，以往，载人潜艇只能使用潜射自航水雷在敌方预警范围之外布雷，相比之下，无人潜航器更难被发现，万一被摧毁，造成的损失也比较有限，因此可以将水雷运送到离敌人更近的位置。

无人潜航器提供了一种新的手段，用来封锁海上战略通道、敌对国家港口、造船厂和海上贸易枢纽。无人潜艇可以和核潜艇协同作战，由于无人潜艇的尺寸、动力、声磁特征等隐身性均优于潜艇，不易被敌发现。派出无人潜航器进行信息获取和对敌攻击，潜艇远距离实施指挥和监视，提高了自身行动隐蔽性，不易暴露战术意图；无人潜航器可抵近敌方实施作战，提高了侦察的清晰度，达到攻击的隐蔽性和突然性。