de.wedoany.com-Bericht: Neue Schiffstypen, die in die Tiefsee vordringen, müssen eine materialtechnische Hürde überwinden – Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Strahlung, Korrosion, Flammen und Tarnung. Lange Zeit waren die Schlüsseltechnologien für hochwertige Schiffskomposite von anderen Ländern abhängig, und einige Hochleistungsmaterialien sowie strukturell-funktional integrierte Komponenten waren weiterhin ausländischen Technologieblockaden ausgesetzt. Ein wissenschaftlicher Durchbruchskampf für die autonome Kontrolle über Schlüsselmaterialien neuer Schiffstypen und die Lösung des „Engpassproblems" wurde an der Dalian University of Technology leise gestartet.

Vor kurzem entwickelte ein Team unter der Leitung von Professor Jian Xigao, Akademiemitglied der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften und Professor an der Dalian University of Technology, eine neue Generation strukturell-funktional integrierter Verbundkomponenten für Schiffe. Diese bestanden erfolgreich Tests durch Dritte und die Bewertung der Chinesischen Gesellschaft für Korrosion und Schutz. Im Vergleich zu derzeit verwendeten Schiffsstählen beträgt die Gewichtsreduzierung über 60 %; die Gesamtleistung in Bezug auf Hitzebeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Flammhemmung erreicht die Anforderungen; die Radarabsorption und die niedrige Infrarotemission erfüllen die Einsatzanforderungen. Der technologische Reifegrad wurde mit Stufe 5 bewertet, was die Voraussetzungen für eine technische Anwendung erfüllt.

Die praktische Anwendung dieses Ergebnisses wird das langjährige ausländische Technologiemonopol wirksam durchbrechen, die technologischen Lücken Chinas im Bereich hochwertiger Schiffskomposite schließen und eine solide Grundlage für die autonome Kontrolle und Leistungssteigerung neuer chinesischer Schiffsausrüstung bieten, um chinesischen Schiffen den Weg in die Tiefsee zu ebnen.

„Materialnot" der Tiefseeausrüstung

Hohe Salznebelbelastung, hohe Feuchtigkeit und Wärme, starke UV-Strahlung, komplexe mechanische Belastungen … Kernkomponenten von Schiffen müssen über Jahre in solchen extremen Umgebungen eingesetzt werden. Sie müssen leicht sein, um das Gewicht des Schiffes zu reduzieren, die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Nutzlast zu steigern; gleichzeitig korrosionsbeständig, hitzebeständig, flammhemmend und strahlungsbeständig sein; und auch die strengen Anforderungen moderner Seekriege an Radartarnung und Infrarottarnung erfüllen.

„Bisher konnten traditionelle chinesische Schiffsmaterialien die Anforderungen an Leichtbau, Multifunktionalität und hohe Zuverlässigkeit nicht gleichzeitig erfüllen", gab Zou Jiaxuan, Doktorand an der Fakultät für Chemieingenieurwesen der Dalian University of Technology und Teamleiter, offen zu. Noch gravierender ist, dass Kernkompetenzen wie hochleistungsfähige Harzmatrix, strukturell-funktional integrierte Komponenten und Präzisionsbearbeitung großer Bauteile lange Zeit in den Händen weniger Länder lagen. China hatte deutliche Lücken bei der Bereitstellung hochwertiger Materialien und war zeitweise ausländischen Technologieblockaden ausgesetzt.

Dieser kritische Indikator wirkte sich direkt auf die iterative Aufrüstung neuer Schiffstypen aus. Bei der Materialauswahl standen Konstrukteure oft vor dem Dilemma „Gewichtsreduzierung ohne Korrosionsschutz oder Korrosionsschutz ohne Tarnung" oder waren gezwungen, auf importierte Typen zurückzugreifen, was Versorgungsrisiken und Sicherheitsprobleme mit sich brachte.

Angesichts dieser realen Herausforderungen gründete Zou Jiaxuan unter der Leitung von Professor Jian Xigao auf der Grundlage mehrerer Partner der Forschungsgruppe ein wissenschaftliches Durchbruchsteam, das die Bereiche Materialwissenschaft, Chemieingenieurwesen und Maschinenbau umfasste. Das Team konzentrierte sich auf den Entwicklungsbedarf neuer Schiffstypen in Bezug auf Leichtbau, Integration und hohe Sicherheit und war entschlossen, das Problem der Abhängigkeit von Schlüsselmaterialien durch unabhängige Innovation zu lösen.

Der Weg der maßgeschneiderten Forschung

Im Gegensatz zur allgemeinen Entwicklung neuer Materialien verfolgte dieses Team von Anfang an den Ansatz „bedarfsorientiert und praxisnah".

Seit Ende 2022 führte das Team kontinuierlich Materialdesign, Komponentenherstellung und Leistungsvalidierung durch, basierend auf den Einsatzanforderungen von Schiffskomponenten in Umgebungen mit hohem Salznebel, hoher Feuchtigkeit und Wärme, starker UV-Strahlung, komplexen Belastungen und speziellen Funktionsschutzszenarien.

„Wir arbeiten nicht im stillen Kämmerlein", sagte Zou Jiaxuan. „Nur wenn wir die tatsächliche Einsatzumgebung genau verstehen, können wir wirklich nützliche Materialien entwickeln."

Zu Beginn der Forschung stand das Team vor einem allgemein anerkannten „harten Brocken" im Bereich der Schiffskompositentwicklung – Leichtbau, hohe Leistung und Tarnfähigkeit. Diese drei Eigenschaften sind wie schwer zu vereinbarende Gegensätze und extrem schwer in einem Material perfekt zu kombinieren.

Die frühen Erkundungen waren von schmerzhaften Versuch-und-Irrtum-Prozessen geprägt. Das Team steckte zeitweise im Sumpf der „Einzelspitzenleistung bei gleichzeitigem Gesamtungleichgewicht" fest: Rezepturen, die auf extreme Leichtigkeit abzielten, hielten oft der Erosion durch hohe Salznebelbelastung nicht stand und neigten zu Alterung und Rissbildung; Materialien, die Korrosionsbeständigkeit, Flammhemmung und Strahlungsbeständigkeit vereinten, konnten aufgrund ihrer zu hohen Dichte die Gewichtsreduzierungsziele nicht erreichen; selbst wenn die mechanische Festigkeit knapp ausreichte, versagten oft Schlüsselfunktionen wie Radarabsorption und Infrarottarnung.

Angesichts dieses Kernengpasses gab das Team den traditionellen Ansatz der Einzelmodifikation auf und wählte einen schwierigeren Weg zur Problemlösung: den Neuaufbau der molekularen Struktur von Polymerwerkstoffen von Grund auf. Wie mit einem Präzisionsskalpell justierten sie nacheinander die Zusammensetzung der Harzmatrix, optimierten die Anordnung der Verstärkungsmaterialien und verbesserten kontinuierlich die Formgebungsprozesse der Komponenten.

Nach der wiederholten Prüfung von Tausenden von Materialrezepturen, der Verwerfung von über einem Dutzend unreifer Pläne und dem Aussortieren von Dutzenden von Kombinationen mit schlechter Anpassungsfähigkeit … durchdrang das Team den Nebel und entwickelte eine neue Generation strukturell-funktional integrierter Verbundkomponenten für Schiffe, die alle strengen Leistungsstandards erfüllen und der nationalen Schwerpunktausrüstung eine unzerbrechliche „Tarnrüstung" verleihen.

„Die praktische Anwendung dieses Ergebnisses wird das langjährige ausländische Technologiemonopol wirksam durchbrechen und die technologischen Lücken Chinas im Bereich hochwertiger Schiffskomposite schließen", erklärte Professor Jian Xigao.

„Im nächsten Schritt werden wir uns voll und ganz auf die praktische Anwendung und technische Validierung der neuen Materialien auf Schiffen konzentrieren", erläuterte Zou Jiaxuan. Das Team wird die technologische Iteration weiter vertiefen und die tiefe Integration von Industrie, Wissenschaft und Forschung beschleunigen. Von der „Abhängigkeit von anderen" zur „autonomen Kontrolle" – das Forschungsteam der Dalian University of Technology hat mit unabhängiger Innovation eine solide Materialgrundlage für chinesische Schiffe auf ihrem Weg in die Tiefsee geschaffen.

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