Нанотехнологии в судостроении

Тема: Нанотехнологии в судостроении.

Разработал:

преподаватель А.С.Резник

Сама частица «нано» означает одну миллиардную долю какой- либо величины .

Крупнейшие судостроительные предприятия России нацелены на использование в своей деятельности инновационных материалов.

Значительный интерес к наноматериалам , в том числе и в судостроительной отрасли , обусловлен тем, что их конструкционные и функциональные свойства существенно отличаются от свойств крупнозернистых аналогов. В этом плане перспективными являются исследования по усовершенствованию существующих и разработке новых сталей и сплавов с нанокристаллической структурой.

В последние годы для улучшения механических характеристик сталей и сплавов стали использоваться подходы, основанные на формировании у материалов микро - и нанокристаллической структуры.

Соотношение между прочностью и пластичностью для крупнокристаллических и нанокристаллических материалов.

• В сталях с измененной наноструктурой при комнатной температуре предел текучести практически в 6 раз превышает предел текучести крупнозернистой стали после термообработки. При этом пластичность сохраняется на достаточно высоком уровне (δ=27 %).

• Прочность низкоуглеродистых малолегированных сталей с субмикрокристаллической структурой при комнатной температуре в 2-2,5 раза выше, чем серийно выпускаемых, при сохранении пластичности и высокой вязкости.

Наноструктурированные титановые сплавы ВТ8, ВТ1. имеют прочность в 1,5-2 раза выше, при сохранении пластичности по сравнению с крупнозернистыми аналогами

Многослойные композиты.

В кораблестроении конструкционный материал является важнейшим, определяющим элементом практически любой конструкции.

Судовая сталь должна быть прочной, эластичной (как в горячем, так и в холодном виде), а также по возможности меньше поддаваться коррозии.

Легендарное судно «Коммуна» Его корпус не ржавеет уже сто лет.

Коррозия – является важнейшим фактором, наносящим огромный ежегодный ущерб судовой промышленности во всем мире.

Обросший водорослями и моллюсками корпус не только замедляет скорость движения корабля, но и увеличивает расход топлива.

Противопожарные грунтовки – способны противостоять огню более 15 минут

Существуют краски-хамелеоны, способные менять цвет в зависимости от освещенности и температуры, их можно применять в качестве индикаторов пожарной безопасности.

В судостроении в настоящее время все большее предпочтение отдается использованию композиционных конструкционных материалов.

Полимерные материалы активно применяются для гашения вибрации работающего оборудования. Создание новых, наноструктурированных образцов позволило добиться снижения шума вибрации в три раза по сравнению с прежними материалами. 

Суда ледового класса и ледоколы, буровые платформы и другие морские сооружения нуждаются в защите от коррозии в условиях жесткой ледовой обстановки.

Платформа «Приразломная» Ее главным рабочим элементом является разработанный металлополимерный анод с покрытием из наноструктурированной платины. Диаметр такого анода около 1 метра. На одной только нефтедобывающей платформе «Приразломная» их необходимо поставить около 100 штук. На анод подается небольшое напряжение, судно или сооружение автоматически становится катодом, и это препятствует коррозионному процессу. 

В судостроении из всех полимерных композиционных материалов наибольшее распространение получили  углепластики, т. е. композиты с непластичными матрицами на основе синтетических смол, aрмированными углеродными  волокнами.

Шведский корвет «Visbi» Его надстройки и корпус произведены из карбоновых композитов. Используется многослойный материал с основой из ПВХ, которая покрыта тканью с особым плетеньем из углеродных жгутов. Каждый такой жгут рассеивает и поглащает радиоволны от радаров, не давая обнаружить судно.

Пассажирский катамаран, корпус и надстройка которого выполнены полностью из углепластика. При водоизмещении 80 тонн, катамаран длиной 25,6 м и шириной 9,5 м, сможет перевозить до 150 пассажиров в комфортабельных условиях, со скоростью до 30 узлов.

Углепластики широко применяются в яхтостроении.

Углеродные нанотрубки. Они в десятки раз прочнее стали, очень маленькие, с диаметром от 1 до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров.

Углеродные нанотрубки

• Как было отмечено ранее, сегодня резко растет производство нанокомпозитов, в основном полимерных.
• При введении в них даже небольшого количества углеродных нанотрубок обеспечивается существенное изменение свойств полимеров.
• Так у них повышается термическая и химическая устойчивость, теплопроводность, электропроводность, улучшаются механические характеристики. Усовершенствованы десятки материалов при помощи добавления в них углеродных нанотрубок.

Однако при всём обилии преимуществ использования нанотрубок, есть ряд серьезных недостатков. Во-первых, стоимость производства нанотрубок остается достаточно высокой, что не позволяет предприятиям массово использовать этот инновационный материал в своих проектах.

Во-вторых, при попытке совмещения нанотрубок с полимерной матрицей, выяснилось, что строгая структура нанотрубки, при которой каждый атом в ее решетке находится на своем месте, делает невозможным механическую адгезию, а малый размер межатомных ячеек нанотрубки делает невозможным и просачивание достаточно больших органических молекул смолы внутрь ее.

Применение такой смолы для изготовления углепластикового корпуса яхты означает наличие в корпусе не одной, а фактически двух силовых структур.

Разработка и использование инновационных конструкционных материалов являются определяющей тенденций и в современном кораблестроении, как в военном, так и в гражданском.

Спасибо за внимание!