海洋觀測(cè)探測(cè)平臺(tái)關(guān)鍵材料發(fā)展與展望

楊 銳 馬英杰 程世婧

1 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所 沈陽(yáng) 110016

2 中國(guó)科學(xué)院 重大科技任務(wù)局 北京 100864

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記多次在講話中談及海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)，強(qiáng)調(diào)海洋事業(yè)關(guān)系民族生存發(fā)展?fàn)顟B(tài)，關(guān)系國(guó)家興衰安危。黨的十九大報(bào)告進(jìn)一步指出，堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。2022 年 4 月，習(xí)近平總書(shū)記在海南考察時(shí)再次強(qiáng)調(diào)，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重大戰(zhàn)略任務(wù)。要推動(dòng)海洋科技實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)，加強(qiáng)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備制造牢牢抓在自己手里。建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)已成為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)的必然選擇。海洋觀測(cè)探測(cè)技術(shù)與裝備是進(jìn)入海洋、開(kāi)發(fā)海洋的基礎(chǔ)和保障[1]?！笆濉币詠?lái)，在前期基礎(chǔ)上，我國(guó)初步形成了以“奮斗者”號(hào)深海載人潛水器、“海斗”號(hào)全海深自主遙控水下機(jī)器人為突出代表的不同類型、覆蓋全海深的譜系化海洋觀測(cè)探測(cè)裝備，為認(rèn)知海洋提供了重要技術(shù)支撐與裝備平臺(tái)。

一代材料，一代裝備，材料是裝備的基石。多種類型的材料是支撐海洋觀測(cè)探測(cè)裝備“下得去、上得來(lái)、看得見(jiàn)”的基礎(chǔ)，材料的性能直接影響裝備的技術(shù)水平。新材料研發(fā)及應(yīng)用一般要經(jīng)歷需求分析、原理驗(yàn)證、技術(shù)突破、應(yīng)用驗(yàn)證等階段，研發(fā)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)因素多，因此關(guān)鍵材料的研發(fā)需要根據(jù)技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行前瞻性布局，避免未來(lái)成為拖后腿的“短板”或被“卡脖子”。需要說(shuō)明的是，本文所討論的海洋觀測(cè)探測(cè)材料限于與海水接觸并受其壓力作用與腐蝕影響的觀測(cè)探測(cè)平臺(tái)用結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)功能一體化材料，不涉及聲學(xué)信號(hào)傳遞和傳感器用功能材料。本文將首先介紹海洋觀測(cè)探測(cè)材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，涵蓋金屬結(jié)構(gòu)材料（鋼、鈦）、非金屬結(jié)構(gòu)材料（高分子及其復(fù)合材料）、結(jié)構(gòu)功能一體化材料（浮力材料、照明材料、密封及潤(rùn)滑材料）。隨著海洋觀測(cè)探測(cè)深度、廣度及功能的拓展，裝備平臺(tái)對(duì)材料提出了更高綜合要求。本文還將分析海洋觀測(cè)探測(cè)新材料的發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)，并提出相關(guān)的發(fā)展建議。

1 海洋觀探測(cè)材料應(yīng)用現(xiàn)狀

金屬及非金屬結(jié)構(gòu)材料是耐海水壓力的裝備平臺(tái)的“筋骨”，以承載為其主要特性。而浮力材料、照明材料、密封及潤(rùn)滑材料等結(jié)構(gòu)功能一體化材料則除受海水壓力影響外，還為海洋裝備提供廣義的功能屬性。圖 1 中展示了深海觀測(cè)探測(cè)平臺(tái)應(yīng)用的關(guān)鍵材料及部件。

圖1 深海觀測(cè)探測(cè)平臺(tái)應(yīng)用的主要材料及部件Figure 1 Structural and structural-functional materials and components for application in marine observation and exploration platform

1.1 金屬結(jié)構(gòu)材料實(shí)現(xiàn)從鋼到鈦合金轉(zhuǎn)變

目前海洋裝備結(jié)構(gòu)以鋼、鈦等金屬材料為主，并以鋼的應(yīng)用最早。以載人深潛耐壓殼體為例，20 世紀(jì) 60 年代，美國(guó)研制的 Sea Cliff 和 Alvin 潛水器的載人殼體均采用鋼建造[2]。隨著潛水器下潛深度增加導(dǎo)致海水壓力增大，以及長(zhǎng)期服役導(dǎo)致累積海水腐蝕的破壞作用增大，鋼的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度的比值）和耐腐蝕性能逐漸不適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。鈦及鈦合金具有較高的比強(qiáng)度和優(yōu)異的耐腐蝕性能，被稱為“海洋金屬”，是海洋工程制造領(lǐng)域理想的結(jié)構(gòu)材料。美國(guó) Sea Cliff 和 Alvin 潛水器的載人艙體在后期被逐步替換為鈦合金。目前國(guó)際上主流載人潛水器載人艙基本采用 800 MPa 強(qiáng)度級(jí)別的 Ti-6Al-4V 鈦合金，包括我國(guó)在“十一五”“十二五”期間研制的“蛟龍”號(hào)和“深海勇士”號(hào)載人潛水器。

與航空、航天對(duì)結(jié)構(gòu)減重的要求一致，深海裝備的結(jié)構(gòu)減重效益明顯，減重后可增大海洋探測(cè)裝備的航行敏捷度、減少浮力材料用量、降低能源消耗、提升裝備作業(yè)周期。結(jié)構(gòu)減重設(shè)計(jì)要求采用更高強(qiáng)度鈦合金，然而結(jié)構(gòu)材料普遍存在強(qiáng)度-韌性“倒置”現(xiàn)象，提升強(qiáng)度后往往導(dǎo)致韌性降低，引發(fā)脆性斷裂并降低結(jié)構(gòu)的可靠性及服役壽命，因此兼具高強(qiáng)度、高韌性的鈦合金往往成為裝備研制的瓶頸問(wèn)題。美國(guó) Limiting Factor 全海深載人潛水器在 2019 年完成了海試，其載人艙一反常態(tài)地選擇搭載 2 人而非以往 3 人的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)其載人艙采用了 800 MPa Ti-6Al-4V 鈦合金?！笆濉逼陂g，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所（以下簡(jiǎn)稱“金屬所”）自主研發(fā)了 950 MPa 級(jí)別高強(qiáng)韌鈦合金，組建載人艙技術(shù)攻關(guān)“國(guó)家隊(duì)”，研制了國(guó)際上首個(gè)載 3 人全海深鈦合金球艙，使“奮斗者”號(hào)深海載人潛水器在 2020 年創(chuàng)造了 10 909 m 的我國(guó)載人深潛紀(jì)錄。自 2021 年起，“奮斗者”號(hào)開(kāi)展了系列常規(guī)科考作業(yè)，使我國(guó)成為國(guó)際上萬(wàn)米深潛次數(shù)和人數(shù)最多的國(guó)家。

1.2 高分子材料和復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)耐壓應(yīng)用

由于無(wú)機(jī)非金屬材料因韌性較低難以滿足耐壓結(jié)構(gòu)的可靠性要求，本文中涉及的非金屬結(jié)構(gòu)材料限于承載的高分子復(fù)合材料，以結(jié)構(gòu)承載為主、兼顧透光功能特性的材料，主要是高分子透明材料。

（1）高分子復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、提供靜浮力等特性，成為深海輕量化耐壓艙體的候選材料之一。2002 年，美國(guó)千米級(jí)潛水器 Deep Flight I 采用玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制備了耐壓殼體[3]。近期，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用中心采用纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制備了全海深輕量化復(fù)合材料耐壓艙體，較 Ti-6Al-4V 鈦合金結(jié)構(gòu)減重 20% 以上。

（2）高分子透明材料。聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）高分子透明材料具有密度小、透明度高等物理特性。在力學(xué)性能方面，有機(jī)玻璃表現(xiàn)出應(yīng)變速率強(qiáng)化、高應(yīng)變速率脆化等特征，在準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下呈現(xiàn)延性破壞，高速動(dòng)態(tài)作用下表現(xiàn)出明顯的脆性斷裂[4]?；谝陨系奈锢韺W(xué)和力學(xué)特征，有機(jī)玻璃在低應(yīng)變載荷下的水下透明耐壓結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5]。20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)始，美國(guó)的載人潛水器觀察窗即開(kāi)始采用有機(jī)玻璃，近 100 年來(lái)，國(guó)際上主流的載人潛水器觀察窗一直采用有機(jī)玻璃的主導(dǎo)方案?；趯?duì)大作業(yè)視野的追求，國(guó)外研制的 Deep Rover、Triton 3300/3 系列載人潛水器的載人艙體也采用有機(jī)玻璃。受有機(jī)玻璃材料特性及工藝制備水平的制約，目前有機(jī)玻璃載人耐壓艙體下潛深度一般不超過(guò) 2 000 m。

1.3 結(jié)構(gòu)功能一體化材料發(fā)展迅速

（1）輕量化固體浮力材料。深海裝備用固體浮力材料是為深海裝備提供必要浮力的核心材料，主要由空心玻璃微球與樹(shù)脂基材通過(guò)熱固化成型制備。浮力材料的抗水壓強(qiáng)度（與水深有關(guān)）和密度的綜合匹配是其核心的性能指標(biāo)。美國(guó)研制的浮力材料密度為 0.40—0.73 g/cm3，應(yīng)用水深 2 000—11 000 m，其中密度為 0.56 g/cm3能用于 7 000 m 水深[6]，被我國(guó)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器所采用。我國(guó)固體浮力材料在早期依靠進(jìn)口，成為深海裝備的“卡脖子”材料技術(shù)。“十二五”期間，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“理化所”）自主研制的固體浮力材料模塊在南海進(jìn)行了 155 天的海試試驗(yàn)，樣品吸水率小于 1%，滿足使用要求，并為“深海勇士”號(hào) 4 500 m 載人潛水器提供了密度為 0.54 g/cm3的浮力材料。“十三五”期間，理化所研制了新型空心玻璃微球和樹(shù)脂基體，為“奮斗者”號(hào)研制并提供了密度為 0.69 g/cm3的浮力材料。目前我國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)了覆蓋全海深應(yīng)用的密度 0.40—0.70 g/cm3浮力材料的自主可控保障，浮力材料性能與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)。

（2）照明材料。透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)特性，在高溫高壓可視化窗口、高功率密度固態(tài)照明和固體激光器等光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域都受到青睞。近年來(lái)，在我國(guó)海洋光學(xué)探測(cè)需求迅速增長(zhǎng)的背景下，石榴石透明陶瓷在深海光學(xué)窗口和照明領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究取得了一定進(jìn)展[7]。在深海光學(xué)方面，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所攻克了復(fù)雜形狀透明陶瓷的成型和致密化關(guān)鍵技術(shù)，研制出直徑 40—120 mm 系列通光口徑的半球形 Y3Al5O12透明陶瓷，成功用于深海視頻采集系統(tǒng)、海洋照明和光通信裝備；在光子學(xué)應(yīng)用方面，研究人員圍繞稀土摻雜石榴石透明陶瓷的能帶工程和微觀組織結(jié)構(gòu)調(diào)控開(kāi)展了系統(tǒng)研究，作為新型光轉(zhuǎn)換材料用于深海高功率 LED 和靜態(tài)激光照明裝置。

（3）密封、潤(rùn)滑材料。① 深海密封材料。目前深海耐壓結(jié)構(gòu)主要采用橡膠密封，但橡膠材料存在長(zhǎng)期使用老化、溫度適應(yīng)性差和易磨損等密封隱患。與橡膠相比，金屬密封具有更加優(yōu)異的耐久性、溫度適應(yīng)性和耐磨性，例如銅、鋁密封等，但此類金屬易發(fā)生自身腐蝕和接觸電化學(xué)腐蝕，不適于海洋環(huán)境應(yīng)用。近年來(lái)，具有低模超彈、可形狀自回復(fù)、耐腐蝕、耐磨損特征的鈦鎳形狀記憶合金成為備受關(guān)注的新型類橡膠金屬密封材料。金屬所設(shè)計(jì)了鈦鎳合金多種密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)了相應(yīng)的耐壓考核試驗(yàn)及搭載海試試驗(yàn)，率先驗(yàn)證了鈦鎳合金在深海密封應(yīng)用的可行性，目前已應(yīng)用于萬(wàn)米水下滑翔機(jī)浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和深海工藝孔的密封結(jié)構(gòu)。②深海潤(rùn)滑材料。深海裝備機(jī)械部件服役過(guò)程中摩擦磨損與海洋腐蝕耦合作用嚴(yán)重影響裝備的可靠性和服役壽命。例如，深海高端柱塞液壓泵的核心液壓元件（關(guān)鍵摩擦副）表現(xiàn)出顯著的摩擦腐蝕失效，目前主要以熱噴涂 WC-Co-Ni3Cr2為防護(hù)潤(rùn)滑涂層，但由于防護(hù)涂層存在致密性低、腐蝕通道多、易磨損等“先天缺陷”，難以滿足深海裝備長(zhǎng)期穩(wěn)定服役需求[8]。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所以深海柱塞泵關(guān)鍵摩擦副為應(yīng)用目標(biāo)，利用磁控濺射制備了兼具高硬度、減摩耐磨、耐蝕等特性的碳基涂層，初步獲得了良好的試驗(yàn)及應(yīng)用效果。

2 海洋觀探測(cè)新材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)

海洋觀測(cè)探測(cè)是高投入的領(lǐng)域，未來(lái)對(duì)觀測(cè)、認(rèn)知需求最多的仍是上層水體。對(duì)這類觀測(cè)探測(cè)作業(yè)，裝備成本控制是決定該領(lǐng)域能否快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。可攜帶的有限能源仍然要求采用像鈦合金和纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料等輕質(zhì)高強(qiáng)材料制造裝備的主體耐壓結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@類材料的用量最大，降低裝備總體成本的潛力也更大。纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料成本比鈦合金更高，近中期降低成本的空間較小。這類需求有望牽引低成本鈦合金相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如返回料電子束熔煉技術(shù)、短流程制備工藝、氫化法粉末制備技術(shù)、近凈成形技術(shù)、針對(duì)我國(guó)鈦礦資源特色的合金成分設(shè)計(jì)技術(shù)。

海洋觀測(cè)探測(cè)裝備和技術(shù)的另一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是大型化、大深度、長(zhǎng)周期、全海域、多功能。馬來(lái)西亞 MH370 客機(jī)失蹤原因至今撲朔迷離，充分說(shuō)明全海域大深度探測(cè)需求的重要性和技術(shù)難度。這類探測(cè)、作業(yè)裝備是海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的核心內(nèi)容，對(duì)材料的主要性能、大規(guī)格制備、長(zhǎng)壽命服役、寬溫域適應(yīng)性、多功能特性等提出了更高的總體要求，但不同類型的海洋工程新材料的差異明顯，具體發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)挑戰(zhàn)也不盡相同。下面對(duì)這類材料需求進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。

2.1 高強(qiáng)韌鈦合金需突破大規(guī)格制備技術(shù)和高魯棒性焊接技術(shù)

以往我國(guó)高性能鈦合金的研發(fā)及應(yīng)用主要圍繞航空、航天兩大領(lǐng)域，鈦合金的材料體系、性能及制造技術(shù)均以滿足航空、航天要求為主。而海洋服役環(huán)境迥異于航空航天，對(duì)鈦合金材料性能及制造技術(shù)具有特色鮮明的要求，結(jié)合海洋觀測(cè)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前制約我國(guó)未來(lái)海洋裝備的鈦合金材料瓶頸問(wèn)題主要體現(xiàn)在 3 個(gè)方面：① 高強(qiáng)韌鈦合金缺乏系統(tǒng)化、規(guī)?；瘧?yīng)用。高強(qiáng)韌鈦合金應(yīng)用雖然可以帶來(lái)顯著的減重效益，但受制于制備技術(shù)難度、配套的工藝及規(guī)模應(yīng)用成本等綜合因素，尚未在我國(guó)深海裝備上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、規(guī)模化應(yīng)用。“奮斗者”號(hào)載人艙是高強(qiáng)韌鈦合金在深海裝備核心部件上的典型應(yīng)用，我國(guó)在國(guó)際上率先突破的領(lǐng)先技術(shù)只有通過(guò)發(fā)揮“以點(diǎn)帶面”的引領(lǐng)作用才能產(chǎn)生更大效應(yīng)。② 缺乏寬幅超厚鈦合金板材制備能力，制約海洋裝備的大型化、整體化建造。海洋裝備大型化、整體化建造對(duì)結(jié)構(gòu)材料的規(guī)格尺寸具有較高要求。以鋼為例，大潛深裝備采用的鋼板寬度可超過(guò) 4 m、厚度可達(dá) 200 mm，單張板材質(zhì)量達(dá)到 20 t。“十三五”期間，我國(guó)研制了寬度 3 m、厚度 120 mm、質(zhì)量約 8 t 的鈦合金板材，應(yīng)用于“奮斗者”號(hào)潛水器。然而，我國(guó)目前尚未突破與海洋用鋼規(guī)格相當(dāng)?shù)膶挿疋伜辖鸢宀闹苽浼夹g(shù)，成為海洋工程“鈦替代鋼”過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。③ 焊接技術(shù)及配套裝備無(wú)法滿足深海大型鈦合金耐壓殼體建造需求。焊接是制造深海大型鈦合金耐壓殼體必不可少的工藝方法，通常包括氣體保護(hù)窄間隙焊接、真空高能束如電子束焊接。對(duì)于制造直徑 3 m、厚度 50 mm 的大型鈦合金耐壓殼體，采用逐層堆積的窄間隙焊接施工周期漫長(zhǎng)，單個(gè)環(huán)縫焊接花費(fèi)數(shù)月。真空電子束焊接效率大幅度提升，但對(duì)焊接真空環(huán)境要求苛刻，目前超大規(guī)格結(jié)構(gòu)采用真空電子束焊接工程化實(shí)施難度極高，將成為未來(lái)制約超大規(guī)格鈦合金耐壓結(jié)構(gòu)制造的另一項(xiàng)瓶頸技術(shù)。

2.2 非金屬結(jié)構(gòu)材料需進(jìn)一步發(fā)展缺陷控制技術(shù)

（1）有機(jī)玻璃。在觀測(cè)視角方面，相比于金屬耐壓殼體，有機(jī)玻璃殼體具有明顯的視角優(yōu)勢(shì)，但其黏彈性力學(xué)特征和缺陷敏感性對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大尺度部件制備均提出了挑戰(zhàn)。① 蠕變和延遲恢復(fù)。有機(jī)玻璃兼具彈性和黏性形變特征，表現(xiàn)為受力后發(fā)生隨時(shí)間的蠕變行為，卸載后則發(fā)生延遲恢復(fù)。蠕變和延遲恢復(fù)特性給有機(jī)玻璃耐壓部件的長(zhǎng)期、往復(fù)使用帶來(lái)了技術(shù)挑戰(zhàn)。② 大尺寸有機(jī)玻璃缺陷控制。有機(jī)玻璃的斷裂韌性較低，—40oC—40oC 溫度范圍內(nèi)其斷裂韌性在1.45—2.90 MPa · m1/2之間[4]，制造工藝缺陷（微裂紋、氣孔等）對(duì)有機(jī)玻璃的承載能力具有顯著影響，增加了大尺寸有機(jī)玻璃耐壓殼體的制造難度?；谟袡C(jī)玻璃的黏彈性力學(xué)特征及缺陷敏感性，其作為耐壓殼體，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測(cè)方法及大尺寸部件缺陷控制等技術(shù)方面有待進(jìn)一步發(fā)展。

（2）高分子復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料耐壓艙體由內(nèi)膽/承力層/防水層多種材料復(fù)合而成，艙體在長(zhǎng)期服役過(guò)程中多層材料界面應(yīng)力演化，以及樹(shù)脂基體防水、抗沖擊性能是下一步關(guān)注、提升的重點(diǎn)。

2.3 結(jié)構(gòu)功能一體化材料有待強(qiáng)化多功能特性

（1）輕量化浮力材料。我國(guó)深潛浮力材料長(zhǎng)期以來(lái)以跟蹤研究為主，近 10 年來(lái)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了從依賴進(jìn)口到部分型號(hào)國(guó)產(chǎn)化，但還缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究積淀，一定程度上存在知其然、不知其所以然的問(wèn)題，制約了譜系化浮力材料向更高水平邁進(jìn)。此外，在浮力材料多功能化方面，國(guó)際上已開(kāi)展兼具聲學(xué)、電磁、絕熱功能的浮力材料研制，而國(guó)內(nèi)目前基本處于空白狀態(tài)。

（2）照明材料。面向深海光學(xué)探測(cè)需求，提高透明陶瓷尺寸、光效和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是關(guān)鍵。透明陶瓷尺寸局限性對(duì)光電探測(cè)效率和載荷空間形成了明顯制約，提升深海光電系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于發(fā)展大尺度和復(fù)雜形狀石榴石透明陶瓷的制造技術(shù)。稀土摻雜石榴石熒光陶瓷材料在高功率密度激光輻照下存在光效驟降和結(jié)構(gòu)失效的潛在問(wèn)題，提升其在極端服役條件下的光效和熱管理水平是透明陶瓷光子學(xué)應(yīng)用研究領(lǐng)域的重要目標(biāo)。

（3）密封、潤(rùn)滑材料。① 深海密封材料。海洋裝備長(zhǎng)壽命發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)密封材料及密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均提出了更高要求。類橡膠鈦鎳形狀記憶合金作為密封材料的綜合優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到初步驗(yàn)證，但相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)研究還處于起步階段，特別是在密封材料的抗蠕變性能及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還需開(kāi)展系統(tǒng)工作，以適應(yīng)海洋裝備多種結(jié)構(gòu)密封需求。② 深海潤(rùn)滑材料。傳統(tǒng)熱噴涂潤(rùn)滑涂層在機(jī)械磨損和海洋腐蝕耦合作用下表現(xiàn)出顯著的摩擦腐蝕失效，是制約深海柱塞液壓泵等動(dòng)力裝備長(zhǎng)期服役的瓶頸。磁控濺射碳基涂層兼具高硬度、減摩耐磨、耐蝕等特性，已在航空航天、汽車等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，但其在腐蝕、摩擦以及摩擦-腐蝕交互等作用下適用性尚未得到系統(tǒng)驗(yàn)證，相關(guān)材料在海洋工程方面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、服役評(píng)價(jià)方法在國(guó)內(nèi)基本屬空白。

3 發(fā)展建議

裝備制造，材料先行。材料作為裝備的基石，其規(guī)劃、布局及研發(fā)、生產(chǎn)直接關(guān)乎未來(lái)海洋核心裝備的有無(wú)和自主可控水平?；趯?duì)海洋探測(cè)觀測(cè)新材料的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)的分析，提出 3 點(diǎn)建議。

（1）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，以國(guó)家重大任務(wù)為牽引，帶動(dòng)系列新材料技術(shù)整體升級(jí)跨代。未來(lái)更大結(jié)構(gòu)、更長(zhǎng)壽命、更高安全性的海洋觀測(cè)探測(cè)裝備應(yīng)由國(guó)家和行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，組織國(guó)內(nèi)材料領(lǐng)域的戰(zhàn)略力量聚焦重大需求、重點(diǎn)攻關(guān)，快速突破技術(shù)瓶頸，提供系列化海洋關(guān)鍵材料技術(shù)供給，協(xié)助骨干企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)格結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)。

（2）動(dòng)員社會(huì)力量參與，多措并舉，有效發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用，建立海洋材料持續(xù)發(fā)展長(zhǎng)效機(jī)制。對(duì)于需求量大的上層水體觀測(cè)探測(cè)裝備，鼓勵(lì)中小企業(yè)和高校參與研發(fā)，以社會(huì)力量解決材料“多、小、散、雜”特點(diǎn)易導(dǎo)致的供應(yīng)短板，促進(jìn)海洋新材料產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

（3）不斷凝練材料領(lǐng)域與海洋環(huán)境交叉的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，前瞻部署研究項(xiàng)目。關(guān)注并力圖解決海洋環(huán)境下關(guān)鍵材料的主要基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，如：鈦合金高能束焊縫增韌原理；鈦合金氫脆與應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向的關(guān)系；耐腐蝕高韌性 MAX 相陶瓷制備方法；低成本浮力材料成分體系。只有這樣才能真正做到材料先行，盡量消除可能遲滯新一代海洋裝備發(fā)展的材料短板，為海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略奠定厚實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

致謝中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所張敬杰、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所周國(guó)紅、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所柯培玲、中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用中心王功、中國(guó)船舶科學(xué)研究中心姜旭胤對(duì)本文進(jìn)行了有益的討論，在此一并致謝。