中國粉體網(wǎng)訊 就在昨天，當(dāng)很多人都在忙碌于即將到來的雙11淘寶購物節(jié)時，一個好消息傳來！
我國自主研發(fā)的載人潛水器“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功下潛突破1萬米，坐底深度10909米！
（圖片來源于央視新聞）
全海深載人潛水器——“奮斗者”號是國家“十三五”重點研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”專項支持的深海重大科技裝備。全海深載人潛水器項目2016年立項，由中國船舶集團有限公司旗下第七〇二研究所“蛟龍”號、“深海勇士”號載人潛水器的研發(fā)力量為主的科研團隊承擔(dān)。中國“奮斗者”號載人潛水器，融合了之前兩代深潛裝備的優(yōu)良血統(tǒng)，不僅采用了安全穩(wěn)定、動力強勁的能源系統(tǒng)，還擁有更加先進的控制系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，以及更加耐壓的載人球艙和浮力材料。
深海潛水有多難
在馬里亞納海溝下潛有多難？馬里亞納海溝被稱為“地球第四極”，其最深處接近11000米，也就是珠穆朗瑪峰頂上再疊加一座西岳華山的海拔高度。這里完全黑暗、水壓高、溫度低、含氧量低，因此成為地球上環(huán)境最惡劣的區(qū)域之一，“奮斗者”號載人艙在深達10000多米的馬里亞納海溝承受水壓超過110兆帕，相當(dāng)于2000頭非洲象踩在一個人的背上。
關(guān)鍵技術(shù)及材料
為了保證載客量，載人艙要足夠大，而為了減輕潛水器的負(fù)擔(dān)，球艙又不能太重。為了承受萬米海壓，做成又大又輕又堅固的載人艙至關(guān)重要。國產(chǎn)新型鈦合金材料就是解決這一問題的關(guān)鍵。
經(jīng)過多年的不斷優(yōu)化和上千次的測試，中國自主研制的新型鈦合金終于問世。強度高、韌性好，可以容納最多3名乘客安全地在海底進行科考任務(wù)。現(xiàn)在，“奮斗者”號終于可以頂住巨大的海底壓力，安全載人潛入萬米深海。
同時，每次下潛作業(yè)，“奮斗者”號要工作10小時左右。深海高壓下，如何避免奮斗者號的鋰電池因溫度過高引發(fā)的自燃隱患？“奮斗者”號的鋰電池，和普通的電池不同，它的內(nèi)部充滿了油�！皧^斗者”號的上百塊單體鋰電池為若干組排列，模塊之間的間隙中充滿了油。當(dāng)某個電池的溫度升高時，熱量會先傳遞給周圍的油，然后油再通過電池箱體將熱量傳遞給外部的海水，來緩解電池發(fā)熱的狀況。
當(dāng)潛水器完成工作，準(zhǔn)備返航時，它是如何扛住壓力，返回海面的呢？這時，潛水器外層的浮力材料就開始發(fā)揮作用了。
浮力材料是成千上萬個納米級大小的玻璃微珠，他們不僅能為潛水器提供足夠的浮力，自身也非常結(jié)實，經(jīng)得起海底水壓的考驗。有了它們，潛水器才能一次次安全地返回水面。
載人艙作為全海深載人潛水器的核心構(gòu)件，是人類進入萬米深海的硬件保障，標(biāo)志著一個國家的載人深潛技術(shù)達到頂尖水平。載人艙建造是世界上壓力容器設(shè)計和制造的難題，除了上面的幾項技術(shù)外，還有超大厚度板材制備、半球整體沖壓、大厚度鈦合金電子束焊接等關(guān)鍵技術(shù)。除了科研院所，一些企業(yè)也積極地參與潛水器的制造之中，如湖南頂立科技與中船重工725所通過技術(shù)攻關(guān)，多次試驗，成功研制出真空電子束焊接預(yù)熱裝置系統(tǒng)，為電子束真空焊接工藝提供最佳焊前準(zhǔn)備和焊接環(huán)境。
思考：有哪些陶瓷材料能運用到海洋事業(yè)中去
在10.29日由中國粉體網(wǎng)主辦的新型陶瓷論壇上，有位專家曾提到，探索太空很難，而探索海洋比探索太空更難！
作為一種新材料，先進陶瓷在海洋事業(yè)中又有怎樣的應(yīng)用呢？
1、陶瓷浮力材料
進入21世紀(jì)以來，各國對深海探測和開發(fā)逐漸變得更為重視，而深海探測與開發(fā)離不開深潛裝備的發(fā)展，深海浮力材料是深潛裝備所需的一類關(guān)鍵材料。比如氮化硅(Si3N4)就是一類綜合性能十分優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，已在工業(yè)、國防及航空航天等多個領(lǐng)域得到廣泛的使用。Si3N4陶瓷空心浮力球的靜水抗壓強度高，球體密度低(可提供的浮力大)，且在海水環(huán)境下十分穩(wěn)定，是一種性能優(yōu)異的深海浮力材料。
2009年，美國伍茲霍爾海洋研究所研制的“海神號”11000米級無人深潛器首次使用了陶瓷空心浮力球及陶瓷耐壓罐（儀器封裝容器），比重≦0.9g/cm3，并成功地下潛至馬里亞納海溝底部，對于結(jié)構(gòu)陶瓷在深海浮力材料及耐壓外殼上的實際應(yīng)用邁出了第一步，這種探索將極大地推進結(jié)構(gòu)陶瓷在深潛系統(tǒng)上大量應(yīng)用的可能。
2、透明陶瓷材料
在深海領(lǐng)域基本沒有光線，潛水員面對的是一片漆黑的世界，這時就需要特殊的照明設(shè)備及拍攝設(shè)備。同時，由于深海區(qū)域工作環(huán)境惡劣，時刻面臨超高的壓力，而很多透明材料不像透明陶瓷那樣同時具備優(yōu)良的光學(xué)性能及力學(xué)性能。所以，透明陶瓷不僅在航空航天、軍事方面有所應(yīng)用，在深海探索領(lǐng)域同樣會得到重視。
加拿大導(dǎo)演卡梅隆就曾乘坐著“深海挑戰(zhàn)者”號，成功挑戰(zhàn)了馬里亞納海溝
深海攝像機樣機
3、深海裝備用高強度結(jié)構(gòu)陶瓷材料
深海裝備在服役過程中需要抵抗海水及應(yīng)力腐蝕，承受載荷對結(jié)構(gòu)的考驗及深海環(huán)境的高壓強，這對材料的綜合性能提出了巨大挑戰(zhàn)。以氧化鋁為代表的高強結(jié)構(gòu)度陶瓷材料具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、高強度等特點，在深海裝備應(yīng)用中具有巨大潛力。
4、關(guān)鍵部件用陶瓷涂層
目前現(xiàn)有的防護技術(shù)仍難以滿足海洋環(huán)境下10年以上的長效防護要求，有機涂層，熱噴涂涂層等都已廣泛應(yīng)用于海洋工程裝備的防護，但在傳統(tǒng)的制備技術(shù)下，涂層的潛在性能基本已挖掘殆盡，很難有大幅度提升，如果在這些涂料中加入陶瓷粉體（如：納米SiC）后，涂層的耐磨性、硬度也得到了顯著改善，提高了其在海洋復(fù)雜多因素耦合環(huán)境下的防護壽命。
5、陶瓷膜在海水淡化中的應(yīng)用
在淺水領(lǐng)域，海水淡化是近年來比較火的研究方向。由于陶瓷膜具有孔徑分布窄，孔隙率高，穩(wěn)定性高，而且單位膜面積處理量高，產(chǎn)水能力大，可以在海水中長期運行，可以做海水預(yù)處理。
參考來源：
[1]何成貴.氮化硅陶瓷空心浮力料的制備及性能研究
[2]周國紅.透明陶瓷制備技術(shù)及其應(yīng)用
[3]龔文等.下一代深海裝備用高強度陶瓷材料及結(jié)構(gòu)分析
[4]央視新聞.名列“潛”茅！“奮斗者”號如何承受萬米深潛重壓？
[5]中國涂附磨具網(wǎng).立方碳化硅粉體特性及其應(yīng)用
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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