11 CFRP作為鈾濃縮超高速離心機(jī)的高速轉(zhuǎn)子材料

天然鈾礦石的主要成分是鈾238。工業(yè)上，常采用氣體擴(kuò)散法進(jìn)行鈾濃縮，盡管該方法投資大、耗能高，但卻是目前僅有可行的方法。

鈾濃縮氣體離心機(jī)技術(shù)是核燃料生產(chǎn)的關(guān)鍵，是衡量核技術(shù)水平的重要標(biāo)志。鈾濃縮氣體離心機(jī)具有高真空、高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)腐蝕、高馬赫數(shù)、長壽命、不可維修等特點(diǎn)，其研制涉及機(jī)械、電氣、力學(xué)、材料學(xué)、空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、計算機(jī)應(yīng)用等多學(xué)科的理論和技術(shù)，難度非常大[32]。離心機(jī)中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣體分離效率直接相關(guān)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，氣體分離效率也越高。因此，確保轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在60000r/min以上，是鈾濃縮氣體離心機(jī)最基本的性能要求。而這么高的轉(zhuǎn)速便對轉(zhuǎn)子的材質(zhì)提出了非常苛刻的要求。金屬材質(zhì)的轉(zhuǎn)子根本無法達(dá)到如此高的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樗鼰o法跨越共振頻率，金屬材質(zhì)的轉(zhuǎn)子一旦達(dá)到共振頻率便會碎裂；而CFRP制成的轉(zhuǎn)子則不存在這一問題，其可耐受更高的轉(zhuǎn)速。因此，早在20世紀(jì)80年代，CFRP就已被用于制造鈾濃縮氣體離心機(jī)的高速轉(zhuǎn)子。且隨著CFRP技術(shù)的進(jìn)步，CFRP制成的轉(zhuǎn)子可耐受更高的轉(zhuǎn)速，鈾濃縮效率大幅提升。

鑒于CFRP高速轉(zhuǎn)子在鈾濃縮生產(chǎn)中的重要作用，西方國家一直對非核國家禁運(yùn)氣體離心機(jī)用CFRP高速轉(zhuǎn)子。1992年11月9日，美國《核燃料》雜志報道，歐洲鈾濃縮公司（Urenco）的股東——奧格斯堡-紐倫堡機(jī)器制造公司（MaschinenfabrikAugsburg-Nurnberg AG）的前員工Kar1 HeinzSchaap，與妻子共同經(jīng)營了一家名為Ro-Shc的公司。這對夫妻通過Ro-Shc公司向伊拉克出售了至少20個CFRP離心機(jī)轉(zhuǎn)子。1992年11月2日，奧格斯堡（Augsburg）聯(lián)邦檢察官向Kar1 HeinzSchaap發(fā)出了逮捕令。此事，進(jìn)一步印證了CFRP在鈾濃縮氣體離心機(jī)技術(shù)中的重要性。

12 CFRP作為特種管筒的增強(qiáng)材料

與壓力容器長時間持續(xù)耐壓不同，炮管、液壓作動筒等特種管筒需在較長時間內(nèi)高頻次地承受和釋放高壓。由碳纖維纏繞或預(yù)浸料包覆增強(qiáng)的此類特殊用途的承壓管筒，在減輕自身質(zhì)量、改進(jìn)散熱、提高精度、延長壽命等方面效果非常明顯。

美國普魯夫?qū)嶒?yàn)公司（PROOF Research）是一家總部位于美國蒙大拿州的科技企業(yè)，該公司研發(fā)了一款CFRP增強(qiáng)管。其將先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)與熱-機(jī)械設(shè)計原理相融合，并采用了航空專用碳纖維和航天高溫樹脂，研制出新一代運(yùn)動用槍館。與鋼質(zhì)管相比，CFRP增強(qiáng)管自身質(zhì)量可減小64%，射擊精度可達(dá)比賽級要求。此外，該公司研制的CFRP增強(qiáng)管在設(shè)計與制造工藝上適應(yīng)了碳纖維的縱向（即沿管長度方向）熱擴(kuò)散率特性，能更有效地通過管壁散熱，極大地提高熱擴(kuò)散效率，且管能快速冷卻，并可在持續(xù)開火狀態(tài)下更長時間地保持射擊精度。

CFRP技術(shù)在管上的成功應(yīng)用很快推廣到對各式炮管的增強(qiáng)。同時，利用CFRP增強(qiáng)的特種液壓作動筒也已面市。

（后續(xù)請見碳纖維的十六個主要應(yīng)用領(lǐng)域及近期技術(shù)進(jìn)展(七)）

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