众所周知，碳纤维（CF）及其复合材料具备一系列优越特性，如高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电性、热传导性、轻量化以及低热膨胀系数。目前几乎没有其他材料可以匹配这些全面的特性。它们既能作为承载负荷的结构材料，也能作为具备特定功能的材料。
工业之黑色黄金——碳纤维
由于其卓越的特性，碳纤维在军事领域得到了广泛应用，例如战斗机。与其他高性能纤维材料相比，碳纤维具有极高的比强度和比模量，力学性能优异，抗疲劳和耐腐蚀性也很好。因此，它在航空制造业中占据了重要地位。相关数据显示，近年来新研发的高端飞机中，超过50%的结构材料为碳纤维复合材料。特别是在军用飞机中，许多结构部件，包括战斗机和直升机的机身、机翼、蒙皮以及刹车片等，都是采用碳纤维复合材料制造的。在第五代战斗机上，碳纤维复合材料的应用更为普遍。
火箭和导弹的构造中，碳纤维因其在超过 2 200 ℃的环境中能够保持极高的纤维强度而独树一帜。它的强度超越了钛合金及其他高强度金属，而军用碳纤维的强度则更为出色。经过加工的军用碳纤维能承受高达 3 000 ℃甚至更高温度。凭借高强度、耐高温和轻质的特性，它被广泛应用于各类军用火箭部件，如火箭发动机罩、发射助推器、发射筒、防护机体罩与导弹弹头等结构。
除了这些，防护服、炸弹、卫星和舰船也依赖于碳纤维。早期海军舰船的螺旋桨主要使用镍铝铜合金制作，这种材料的叶片成本高，且在使用过程中容易出现疲劳裂纹，同时其声学阻尼性能较差。然而，在螺旋桨材料中加入碳纤维复合材料后，凭借其高密度特性，可以承受更大的水动力和离心力，从而有效解决了之前存在的问题。
此外，在舰船武器外罩和导弹冲击防护板中加入碳纤维复合材料，可以有效减轻外部高速弹药与榴霰弹对舰船甲板和防护板造成的冲击损害。
此时就出现了一个疑问：碳纤维能否应用于潜艇呢？
唯一的不足之处是：害怕水
西方认为这一点是不现实的。目前的研究显示，碳纤维由纤维和基体组成，且二者之间存在粘结界面。在碳纤维的壳体结构中，通常是由多层碳纤维布粘合而成，各层之间也存在不同的粘结界面。在长期复杂的海洋环境及负载作用下，由于材料性质的差异和变形的不协调等因素，碳纤维结构中的异种材料界面可能会出现损伤，比如界面分层和裂纹等现象。
简单来说，碳纤维在水中的水解反应速度极快，与水一接触就容易造成性能下降。特别是长时间浸泡在水中，其防水性会更加受限。
因此，碳纤维在海洋设施与设备中通常与金属材料共同使用，形成碳纤维与金属之间的连接界面。
2023年6月，全球首艘由美国私营企业Ocean Gate经营的碳纤维载人潜水器「泰坦」号，在前往4000米深处的泰坦尼克号沉船遗址时，遭受到巨大的水压而毁坏，船上5人全部遇难。
许多专家将这场悲剧归因于碳纤维在水下的脆弱特性：在巨大的压力影响下，水会渗透到纤维的缝隙中，频繁的升降可能导致船体出现裂缝和变形。由此，欧美的军工界认为，深潜器只能选择钛合金或钢材制造。
悲剧发生后，海底探险家以及电影【泰坦尼克号】的导演詹姆斯·卡梅隆在接受采访时表示：「我始终不相信在圆柱形船体上缠绕碳纤维的技术会取得成功。我觉得这个想法非常糟糕。」
为什么中国要发展碳纤维潜艇？
然而，中国科学家对此持有不同的观点。众所周知，我国的战略核潜艇由于大直径艇壳工艺不达标，无法容纳其自身携带的大型弹道导弹。导弹发射筒暴露在艇体之外，还需加装一个整流罩来保护，从而导致核潜艇上部出现了明显的隆起，形成了所谓的「龟背」。
「龟背」会产生较大的噪音，这对战略核潜艇的安全构成威胁。为了有效维护海上经济命脉，中国必须组建一支远洋海军。换句话说，战略核潜艇应当前往不熟悉甚至敌对的海域执行威慑任务。
我军的核潜艇在海外执行战略威慑时，显然无法享受国内堡垒区那样的安全。在远海，一旦被敌方锁定，最紧迫的任务就是迅速逃离危险区域。在这种情况下，核潜艇的静音航速和降噪能力显得尤为重要。因此，有必要解决「龟背」这一问题。
因此，中国科学家考虑将碳纤维应用于潜艇，接下来如何解决其缺陷呢？据【南华早报】报道，中国科学家成功研发出了一种超级碳纤维材料，该材料的舱体能够在6000米深的水下轻松抵御巨大的压力，同时显著提升整体性能并降低制造成本。
中国研发的这款超级材料，成功挑战了欧美关于「碳纤维无法在水下使用」的观点。此观点源于中国科学家在【纤维复合材料】这本学术期刊上发表的同行评审论文。
中国正在研究具有颠覆性的材料
经过克服诸多挑战之后，中国科学家成功研发出一种革命性的超级碳纤维材料。由这种材料制作的碳纤维压力舱壁厚度约为3厘米，仅为泰坦号舱壁厚度的四分之一。然而，在实验室测试中，它能够轻松承受77兆帕（MPa）的水压，是泰坦号船体在华盛顿大学实验室测试中能够承受压力的两倍多。
碳纤维压力舱的两端采用了T4钛合金材料。由于需要承受从0米到6000米的交替海水压力，设计师特别关注疲劳问题，比如碳纤维船体以及碳纤维与钛合金连接处的压力和温度变化。该设计能够承受超过2000次的交替循环。
众所周知，潜艇要避免被发现，主要有两个途径：一是增强潜艇的隐蔽能力，二是潜艇必须潜得足够深，以便隐匿。这是潜艇作战成功的基础。而先发制人则是潜艇取胜的关键所在。
目前在役潜艇中，潜深最大的核潜艇是美国海军的海狼级，最大下潜深度可达610米。一般来说，想要通过下潜深度避开反潜机的探测，这种想法可能难以实现。
采用碳纤维材料后，潜艇能够携带更多武器，并且下潜的深度也得以加深，这使得它能够对航母造成致命威胁。值得一提的是，目前的鱼雷最大反潜深度为900米-1200米，即使潜艇被发现，进行打击也困难重重。
同时，我们应意识到，中国的碳纤维产量占全球近一半。随着多条新生产线的投入使用，一些业内专家预测，未来几年中国的生产能力将显著提升，这将进一步降低碳纤维的价格。因此，利用碳纤维制造潜艇，既能提高生产效率，又能降低成本，增强战斗力，实属双赢之举。
毫无疑问，将这种碳纤维材料应用于潜艇还需经过更为严谨复杂的验证。未来，我们定能欣赏到独具中国特色的碳纤维核潜艇。
将组建碳纤维无人潜航器队伍
除了深海船体，中国团队还研发了一种更为轻薄的碳纤维船体，专门设计用于浅水区域作业的低成本水下潜航器。
在生存能力、隐蔽性、风险承受能力、造价及使用费用等方面，相比于载人潜艇，无人潜航器具备显著优势。过去，载人潜艇只能在敌方预警范围外使用潜射自航水雷进行布雷，而无人潜航器则更难以被发现，即便遭受摧毁，其损失也相对较小，因此能够将水雷部署得更靠近敌人。
中国与美国均计划在台湾海峡和南海等重要水域大规模部署无人武器。在可能的冲突中，哪一方取得胜利将很大程度上依赖于其无人机的性能及数量。
华盛顿智库新美国安全中心发布的一项报告指出，台湾海峡的无人作战与乌克兰战场存在显著差异，因为水下潜航器相较于空中无人机更不容易被摧毁或干扰。
