[发明专利]具有陶瓷桁架芯的陶瓷复合结构及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2008年7月18日的名称为：“具有陶瓷桁架芯的陶瓷复合结构及其制造方法”的中国专利申请200810137725.X的分案申请。

技术领域

本公开总体涉及一种陶瓷复合结构，更特别涉及一种具有陶瓷桁架（truss）芯的复合夹层结构，以及其制造方法。

背景技术

陶瓷基复合（CMC）结构由于其耐受相对高的操作温度的能力而可以用于航天及其他应用中。例如，CMC结构可以用于制造飞行器应用中承受高温排气的部件。CMC结构的一种类型使用夹层结构，其中两个CMC面板接合到芯上。在一种夹层结构中，芯可以由延伸贯穿芯的厚度并穿入面板的类似桁架的CMC针的阵列来增强。这些针提供了载荷通道，沿这些载荷通道在面板之间传递压缩、拉伸和/或剪切载荷。然而，由于针的端部和面板的片（ply）之间的有限的接合强度，特别是在面板相对薄的地方，这种现有的针桁架结构的承载能力是有限的。

如果针的端部可以弯曲以平行于面板延伸从而提供较大的接合区域，则可以增大CMC针和面板之间的接合强度。然而，因为CMC针相对较脆而如果尝试弯曲CMC针的端部则可能断裂，所以该方案不可行。

因此需要一种具有陶瓷桁架芯并表现出改善的芯和面板之间的接合性能的CMC结构。本公开的实施例旨在满足该需求。

发明内容

CMC结构包括具有陶瓷桁架增强芯的夹层结构。通过将形成桁架的CMC针的外端弯曲来实现芯和面板之间的优良的接合。通过弯曲CMC针的端部，在针和面板之间提供了较大的接合区域，从而提高了芯的传递载荷的能力。CMC针的端部可以通过从接合陶瓷纤维的针端部去除基体材料来弯曲。去掉基体材料后，剩下的陶瓷纤维较为柔性，使得它们可以被弯曲从而它们平行于面板的平坦表面延伸并可以接合到面板的平坦表面。

根据一个公开的方法实施例，陶瓷复合结构可以通过多个步骤制造，所述步骤包括：形成包括陶瓷桁架的芯，陶瓷桁架具有由固定于刚性接合剂中的陶瓷纤维形成的多个针；将接合剂从针的端部去除，以暴露陶瓷纤维；弯曲针的端部；以及将面板接合到针的端部。陶瓷桁架可以通过将针插入载体，使得针的端部从载体突起而形成。针的端部中的接合剂随后通过蚀刻、粉碎工艺去除。在从针的端部去除接合剂材料之前，可以将面板的片施加到芯上并穿入针的端部。在去除接合剂材料之后，针的端部中的暴露的陶瓷纤维可以接合到面板的片或接合到面板的片之间。

根据另一个方法实施例，用于陶瓷复合结构中的陶瓷桁架芯可以通过一种工艺制造，所述工艺包括多个步骤：用多个复合陶瓷针形成陶瓷桁架，其中复合陶瓷针包括固定于基体中的陶瓷纤维；以及，从针的端部去除基体以暴露陶瓷纤维。桁架可以由将针部分插入载体泡沫中使得陶瓷针的端部保持被暴露来形成。从针的端部去除基体以仅保留柔性陶瓷纤维。柔性陶瓷纤维可以弯曲以顺应可以接合芯的面板的表面。可以通过任意几种工艺，从CMC针的端部去除基体接合剂，该工艺包括蚀刻或粉碎。可以将一层保护材料施加在载体上以在去除基体接合剂的过程中保护载体。

根据另一方法实施例，陶瓷复合结构可以通过多个步骤制造，所述步骤包括：制造芯，并通过将面板接合到形成部分芯的陶瓷纤维的暴露的弯曲端部，而将面板接合到芯。芯的制造可以通过：在载体内形成复合陶瓷针的阵列，每一个针包括固定于基体中的陶瓷纤维并从载体突起；将基体从针的突起端去除以暴露部分的陶瓷纤维；以及，弯曲陶瓷纤维的暴露部分以使其接合到面板。

根据另一个实施例，复合陶瓷结构包括：一对总体平行的复合陶瓷面板；和，配置在面板之间并接合到面板的包括桁架的芯，桁架包括多个复合陶瓷针，针的每一个都包括大体横过面板而延伸的中间部分，以及大体平行于面板延伸并接合到面板的末梢部分。面板中至少一个可以包括多个片，针的末梢部分可以夹在这些片之间。可选地，针的末梢部分可以接合到面板的内部面上。

1、制造陶瓷复合结构的方法，包括步骤：

（A）形成包括陶瓷桁架的芯，陶瓷桁架具有多个由固定于刚性接合剂中的陶瓷纤维形成的针；

（B）将接合剂从针的端部去除，以暴露陶瓷纤维；

（C）弯曲针的端部；以及

（D）将面板接合到针的端部。

通过制造陶瓷复合结构的方法制造的陶瓷复合结构。

用制造陶瓷复合结构的方法制造飞行器的子组件。

一种制造用于陶瓷复合结构中的陶瓷桁架芯的方法，包括步骤：

（A）用多个复合陶瓷针来形成陶瓷桁架，其中复合陶瓷针包括固定于基体中的陶瓷纤维；以及，

（B）从针的端部去除基体以暴露陶瓷纤维。