眾所周知，碳纖維（CF）及其復合材料具備一系列優越特性，如高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電性、熱傳導性、輕量化以及低熱膨脹系數。目前幾乎沒有其他材料可以匹配這些全面的特性。它們既能作為承載負荷的結構材料，也能作為具備特定功能的材料。
工業之黑色黃金——碳纖維
由於其卓越的特性，碳纖維在軍事領域得到了廣泛套用，例如戰鬥機。與其他高效能纖維材料相比，碳纖維具有極高的比強度和比模量，力學效能優異，抗疲勞和耐腐蝕性也很好。因此，它在航空制造業中占據了重要地位。相關數據顯示，近年來新研發的高端飛機中，超過50%的結構材料為碳纖維復合材料。特別是在軍用飛機中，許多結構部件，包括戰鬥機和直升機的機身、機翼、蒙皮以及剎車片等，都是采用碳纖維復合材料制造的。在第五代戰鬥機上，碳纖維復合材料的套用更為普遍。
火箭和導彈的構造中，碳纖維因其在超過 2 200 ℃的環境中能夠保持極高的纖維強度而獨樹一幟。它的強度超越了鈦合金及其他高強度金屬，而軍用碳纖維的強度則更為出色。經過加工的軍用碳纖維能承受高達 3 000 ℃甚至更高溫度。憑借高強度、耐高溫和輕質的特性，它被廣泛套用於各類軍用火箭部件，如火箭發動機罩、發射助推器、發射筒、防護機體罩與導彈彈頭等結構。
除了這些，防護服、炸彈、衛星和艦船也依賴於碳纖維。早期海軍艦船的螺旋槳主要使用鎳鋁銅合金制作，這種材料的葉片成本高，且在使用過程中容易出現疲勞裂紋，同時其聲學阻尼效能較差。然而，在螺旋槳材料中加入碳纖維復合材料後，憑借其高密度特性，可以承受更大的水動力和離心力，從而有效解決了之前存在的問題。
此外，在艦船武器外罩和導彈沖擊防護板中加入碳纖維復合材料，可以有效減輕外部高速彈藥與榴散彈對艦船甲板和防護板造成的沖擊損害。
此時就出現了一個疑問：碳纖維能否套用於潛艇呢？
唯一的不足之處是：害怕水
西方認為這一點是不現實的。目前的研究顯示，碳纖維由纖維和基體組成，且二者之間存在粘結界面。在碳纖維的殼體結構中，通常是由多層碳纖維布粘合而成，各層之間也存在不同的粘結界面。在長期復雜的海洋環境及負載作用下，由於材料性質的差異和變形的不協調等因素，碳纖維結構中的異種材料界面可能會出現損傷，比如界面分層和裂紋等現象。
簡單來說，碳纖維在水中的水解反應速度極快，與水一接觸就容易造成效能下降。特別是長時間浸泡在水中，其防水性會更加受限。
因此，碳纖維在海洋設施與器材中通常與金屬材料共同使用，形成碳纖維與金屬之間的連線界面。
2023年6月，全球首艘由美國私營企業Ocean Gate經營的碳纖維載人潛水器「泰坦」號，在前往4000米深處的鐵達尼號沈船遺址時，遭受到巨大的水壓而毀壞，船上5人全部遇難。
許多專家將這場悲劇歸因於碳纖維在水下的脆弱特性：在巨大的壓力影響下，水會滲透到纖維的縫隙中，頻繁的升降可能導致船體出現裂縫和變形。由此，歐美的軍工界認為，深潛器只能選擇鈦合金或鋼材制造。
悲劇發生後，海底探險家以及電影【鐵達尼號】的導演占士·金馬倫在接受采訪時表示：「我始終不相信在圓柱形船體上纏繞碳纖維的技術會取得成功。我覺得這個想法非常糟糕。」
為什麽中國要發展碳纖維潛艇？
然而，中國科學家對此持有不同的觀點。眾所周知，中國的戰略核潛艇由於大直徑艇殼工藝不達標，無法容納其自身攜帶的大型彈道導彈。導彈發射筒暴露在艇體之外，還需加裝一個整流罩來保護，從而導致核潛艇上部出現了明顯的隆起，形成了所謂的「龜背」。
「龜背」會產生較大的噪音，這對戰略核潛艇的安全構成威脅。為了有效維護海上經濟命脈，中國必須組建一支遠洋海軍。換句話說，戰略核潛艇應當前往不熟悉甚至敵對的海域執行威懾任務。
我軍的核潛艇在海外執行戰略威懾時，顯然無法享受國內堡壘區那樣的安全。在遠海，一旦被敵方釘選，最緊迫的任務就是迅速逃離危險區域。在這種情況下，核潛艇的靜音航速和降噪能力顯得尤為重要。因此，有必要解決「龜背」這一問題。
因此，中國科學家考慮將碳纖維套用於潛艇，接下來如何解決其缺陷呢？據【南華早報】報道，中國科學家成功研發出了一種超級碳纖維材料，該材料的艙體能夠在6000米深的水下輕松抵禦巨大的壓力，同時顯著提升整體效能並降低制造成本。
中國研發的這款超級材料，成功挑戰了歐美關於「碳纖維無法在水下使用」的觀點。此觀點源於中國科學家在【纖維復合材料】這本學術期刊上發表的同行評審論文。
中國正在研究具有顛覆性的材料
經過克服諸多挑戰之後，中國科學家成功研發出一種革命性的超級碳纖維材料。由這種材料制作的碳纖維壓力艙壁厚度約為3厘米，僅為泰坦號艙壁厚度的四分之一。然而，在實驗室測試中，它能夠輕松承受77兆帕（MPa）的水壓，是泰坦號船體在華盛頓大學實驗室測試中能夠承受壓力的兩倍多。
碳纖維壓力艙的兩端采用了T4鈦合金材料。由於需要承受從0米到6000米的交替海水壓力，設計師特別關註疲勞問題，比如碳纖維船體以及碳纖維與鈦合金連線處的壓力和溫度變化。該設計能夠承受超過2000次的交替迴圈。
眾所周知，潛艇要避免被發現，主要有兩個途徑：一是增強潛艇的隱蔽能力，二是潛艇必須潛得足夠深，以便隱匿。這是潛艇作戰成功的基礎。而先發制人則是潛艇取勝的關鍵所在。
目前在役潛艇中，潛深最大的核潛艇是美國海軍的海狼級，最大下潛深度可達610米。一般來說，想要透過下潛深度避開反潛機的探測，這種想法可能難以實作。
采用碳纖維材料後，潛艇能夠攜帶更多武器，並且下潛的深度也得以加深，這使得它能夠對航母造成致命威脅。值得一提的是，目前的魚雷最大反潛深度為900米-1200米，即使潛艇被發現，進行打擊也困難重重。
同時，我們應意識到，中國的碳纖維產量占全球近一半。隨著多條新生產線的投入使用，一些業內專家預測，未來幾年中國的生產能力將顯著提升，這將進一步降低碳纖維的價格。因此，利用碳纖維制造潛艇，既能提高生產效率，又能降低成本，增強戰鬥力，實屬雙贏之舉。
毫無疑問，將這種碳纖維材料套用於潛艇還需經過更為嚴謹復雜的驗證。未來，我們定能欣賞到獨具中國特色的碳纖維核潛艇。
將組建碳纖維無人潛航器隊伍
除了深海船體，中國團隊還研發了一種更為輕薄的碳纖維船體，專門設計用於淺水區域作業的低成本水下潛航器。
在生存能力、隱蔽性、風險承受能力、造價及使用費用等方面，相比於載人潛艇，無人潛航器具備顯著優勢。過去，載人潛艇只能在敵方預警範圍外使用潛射自航水雷進行布雷，而無人潛航器則更難以被發現，即便遭受摧毀，其損失也相對較小，因此能夠將水雷部署得更靠近敵人。
中國與美國均計劃在台灣海峽和南海等重要水域大規模部署無人武器。在可能的沖突中，哪一方取得勝利將很大程度上依賴於其無人機的效能及數量。
華盛頓智庫新美國資訊安全中心釋出的一項報告指出，台灣海峽的無人作戰與烏克蘭戰場存在顯著差異，因為水下潛航器相較於空中無人機更不容易被摧毀或幹擾。
