專利名稱：一種具有夾層結(jié)構(gòu)的機(jī)身的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有夾層結(jié)構(gòu)的機(jī)身，尤其涉及一種具有夾層結(jié)構(gòu)的機(jī)身外殼。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，大型商業(yè)噴氣飛機(jī)通常都采用了大推力渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，該類型的渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)都使用了大尺寸的風(fēng)扇葉片，最大的風(fēng)扇葉片直徑可達(dá)3m，工作時(shí)風(fēng)扇葉尖處的切線速度超過450m/s，未來渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，渦輪風(fēng)扇葉尖的切線速度會(huì)更高。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片受外物撞擊損傷或高頻率振動(dòng)疲勞等的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)葉片斷裂故障。斷裂葉片具有很高的能量，如果葉片擊穿發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙，則可能對發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置附近的機(jī)身外殼產(chǎn)生損害，進(jìn)而危及飛機(jī)乘客安全。當(dāng)前的飛機(jī)機(jī)身外殼通常采用輕質(zhì)金屬鋁鎂鈦或它們的合金來制造，還有些飛機(jī)則采用復(fù)合材料，但是當(dāng)前的機(jī)身外殼仍很難抵擋如前述的具有很高沖量的斷裂葉片抑或是其他的撞擊。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點(diǎn)和弊端，本發(fā)明提供一種用于飛機(jī)的機(jī)身外殼，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷材料層由氧化鋯基體與按照重量比4:3:2或5:4:3的比例混合鈮粉、鈦粉和鎳粉制成的增韌相構(gòu)成，其中氧化鋯基體與增韌相的體積比為2:1或3:1。優(yōu)選地，選擇純度大于99.5%的鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比4:3:2的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨100個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比2:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。優(yōu)選地，所述鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比為5:4:3的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨90個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比3:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。優(yōu)選地，所述機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5mm 3mm,陶瓷層的厚度5mm 8mm。優(yōu)選地，機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，內(nèi)層金屬層的厚度1.5mm 2mm,陶瓷層的厚度3mm 6mm,外層金屬層的厚度1.5mm
3.0mnin優(yōu)選地，機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5mm 3mm,內(nèi)層陶瓷層的厚度3mm 5mm,外層陶瓷的厚度4mm 6mm。優(yōu)選地，所述夾層結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺等高分子樹脂材料作為粘結(jié)劑通過固化處理將金屬層、纖維層和陶瓷層粘結(jié)起來。由于本發(fā)明中采用了高韌性、多孔氧化鋯陶瓷材料，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)身外殼具有非常優(yōu)異的抗沖擊性能，同時(shí)具有低密度性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的飛機(jī)機(jī)身外殼具有夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)。其中的金屬層例如采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷材料是一種高韌性氧化鋯陶瓷。所述氧化鋯陶瓷材料以氧化鋯為基體，采用鈮/鈦/鎳相作為增韌相。具體地，首先選擇純度大于99.5%的鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比4:3:2的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨100個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比2:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比為5:4:3的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨90個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比3:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理
1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。所述夾層結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺等高分子樹脂材料作為粘結(jié)劑通過固化處理將金屬層、纖維層和陶瓷層粘結(jié)起來。在一個(gè)實(shí)施例中，所制造的一種平板層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)身外殼，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5mm 3mm,陶瓷層的厚度5mm 8mm。在另一個(gè)實(shí)施例中，所制造的一種平板層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)身外殼，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，內(nèi)層金屬層的厚度1.5_ 2_，陶瓷層的厚度3mm 6mm,外層金屬層的厚度1.5mm 3.0mm。在另一個(gè)實(shí)施例中，所制造的一種平板層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)身外殼，，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5mm 3_，內(nèi)層陶瓷層的厚度3mm 5mm,外層陶瓷的厚度4mm 6mm。當(dāng)然，本發(fā)明中的機(jī)身外殼也可以僅局部地應(yīng)用于靠近飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置附近區(qū)域。前述關(guān)于氧化鋯陶瓷的不同實(shí)施例與上述三個(gè)關(guān)于機(jī)身外殼的具體實(shí)施例可以進(jìn)行組合。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容和所掌握的本領(lǐng)域技術(shù)對本發(fā)明內(nèi)容做出替換或變型，但是這些替換或變型都不應(yīng)視為脫離本發(fā)明構(gòu)思的，這些替換或變型均在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于飛機(jī)的機(jī)身外殼，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷材料層由氧化鋯基體與按照重量比4:3:2或5:4:3的比例混合鈮粉、鈦粉和鎳粉制成的增韌相構(gòu)成，其中氧化鋯基體與增韌相的體積比為2:1或3:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身外殼，其特征在于選擇純度大于99.5%的鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比4:3:2的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨100個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比2:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身外殼，其特征在于所述鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比為5:4:3的比例混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行球磨90個(gè)小時(shí)，得到增韌相粉體；然后，取氧化鋯粉體與增韌相粉體按照體積比3:1的比例混合，在球磨機(jī)中球磨5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的機(jī)身外殼,其特征在于所述機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5mm 3mm,陶瓷層的厚度5mm 8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的機(jī)身外殼,其特征在于機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，內(nèi)層金屬層的厚度1.5_ 2_，陶瓷層的厚度3mm 6mm,外層金屬層的厚度1.5mm 3.0_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的機(jī)身外殼,其特征在于機(jī)身外殼從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，金屬層的厚度1.5_ 3_，內(nèi)層陶瓷層的厚度3mm 5mm,外層陶瓷的厚度4mm 6mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身外殼，其特征在于所述夾層結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺等高分子樹脂材料作為粘結(jié)劑通過固化處理將金屬層、纖維層和陶瓷層粘結(jié)起來。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于飛機(jī)的機(jī)身外殼，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括氧化鋯和鈮/鈦/鎳增韌相。本發(fā)明的機(jī)身外殼硬度高、韌性好、質(zhì)量輕，具有很好的抗沖擊性能。
文檔編號B32B18/00GK103158852SQ20131006680
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者狄春保, 朱琪美, 張和平, 張俊 申請人:溧陽市科技開發(fā)中心