L'oceà, una gran extensió que cobreix més de dos-terços de la superfície de la Terra, és una de les fronteres de l'exploració humana. La pressió al mar profund és immensa; per cada 10 metres d'augment de profunditat, la pressió augmenta una atmosfera. En els seus punts més profunds, que superen els 10.000 metres, la pressió hidrostàtica arriba als 110 megapascals-equivalent a més d'una tona de pes que es suporta per centímetre quadrat.
En entorns físics tan extrems, el material de la carcassa de qualsevol equip no és només una barrera estructural sinó també una línia de vida que determina l'èxit o el fracàs de la missió i la seguretat del personal. Per tant, els materials estructurals resistents a la pressió-han de tenir simultàniament una resistència extremadament alta per resistir la deformació, una tenacitat excel·lent per evitar fractures fràgils, una resistència a la corrosió excepcional per fer front a entorns químics i biològics complexos i la menor densitat possible per aconseguir un control eficaç de la flotabilitat i una economia energètica.
El material per al casc a pressió dels equips-de mar profund és una de les àrees clau de recerca i desenvolupament. Amb l'economia global-del mar profund que s'espera que superi el bilió de dòlars l'any 2025, els aliatges de titani (materials metàl·lics tradicionals) i els materials compostos (materials no-metàl·lics) són els dos sistemes materials principals, i la seva evolució afecta la profunditat i l'amplitud de l'exploració humana i la utilització del mar profund.
Els aliatges de titani han estat l'"estàndard d'or" per a l'equipament-de aigües profundes des de mitjans del segle XX. Els seus avantatges deriven de les propietats inherents del material:
A. Resistència específica i rigidesa específica
B. Resistència a la corrosió
C. Excel·lent duresa
02. Materials compostos
Si els avantatges dels aliatges de titani estan arrelats en la seva naturalesa material, els materials compostos depenen de l'enginy del disseny humà. No es tracta d'un material únic, sinó d'un sistema de materials dissenyat sota demanda, representat per resina epoxi reforçada amb fibra de carboni.
El secret dels bucs de pressió composta-mar profund rau en la seva estructura de diversos-nivells que imita la natura i estratifica funcionalment les capes.
Aquest "material dissenyat" ofereix avantatges sense precedents:
A. Resistència específica i mòdul específic extremadament alts: la resistència específica de les fibres de carboni d'alt-mòdul de grau T800 i superior pot arribar a 2-3 vegades la dels aliatges de titani. Això significa que, mentre s'aconsegueix la mateixa resistència a la compressió, el pes de la carcassa composta es pot reduir significativament, millorant així molt la resistència i la maniobrabilitat del submergible. (El mòdul específic és la relació entre el mòdul elàstic d'un material i la seva densitat, que s'utilitza per mesurar la capacitat de càrrega d'un material.)
B. Excel·lent resistència a la fatiga: sota càrregues de pressió alternes, la trajectòria de propagació de l'esquerda en els materials compostos és més tortuosa que en els metalls (cal evitar nombroses interfícies de matriu de fibra-) i la seva vida a fatiga sol ser molt més llarga que la dels materials metàl·lics.
C. Excel·lent llibertat de disseny: canviant la seqüència de col·locació de fibres, l'angle i l'engrossiment local, es pot aconseguir una "optimització de la topologia" de l'estructura, que permet un reforç específic a les zones de concentració d'esforços i una reducció de pes a les zones de baix-estrès, maximitzant així l'eficiència de la distribució del material.
En conclusió, en el disseny d'enginyeria real d'equips d'-mars profunds, la selecció de material no és de cap manera una simple qüestió de "qui és més fort", sinó que requereix una decisió completa que tingui en compte factors com ara els requisits de profunditat d'immersió, els escenaris d'ús, el control de costos i els processos de fabricació.
En el futur, el desenvolupament i l'aplicació de nous materials-alt rendiment per a aplicacions-en aigües profundes continuarà sent un focus clau de la ciència i la tecnologia marines.
Baoji Reliab Metal Materials Co., Ltd
Mòbil: 0086 13092900605
Departament de vendes 1: WhatsApp +8613092900605 (Mr.Gary)
Departament de vendes 2: +8613092913521(Sra. Sophia)
Adreça: No.35 Baoti Rd, districte de Weibin, Baoji, Xina
