[发明专利]带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法

权利要求书

1.一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

包括陶瓷基复合材料本体(1)和金属连接件(2)；

所述陶瓷基复合材料本体(1)包括第一连接端，所述第一连接端为曲面连接端；

所述第一连接端设置有K个连接孔(11)，K为大于等于2的整数；

所述金属连接件(2)包括第二连接端，所述第二连接端与第一连接端相配合并贴紧；

所述第二连接端设置有与连接孔(11)相对应的K个定位孔，所述定位孔与连接孔(11)通过铆钉(3)连接，在定位孔之间均匀设置有M个缺口，M≤K且M为正整数，所述缺口由矩形缺口(23)及与矩形缺口(23)相通的圆形缺口(24)组成；

所述陶瓷基复合材料本体(1)为圆筒状，所述金属连接件(2)为与陶瓷基复合材料本体(1)相匹配的圆环状；

所述金属连接件(2)的外侧面设置为环形台阶结构，所述第二连接端与第一连接端止口配合且第二连接端位于第一连接端的内侧；

所述第一连接端的端面上均匀设置有M个密封凸台(12)，所述第二连接端设置有与所述密封凸台(12)相适配的凹槽(25)，所述圆形缺口(24)设置在所述凹槽(25)的内壁面，所述密封凸台(12)完全覆盖圆形缺口(24)。

2.根据权利要求1所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述定位孔包括圆形定位孔(21)和椭圆形定位孔(22)，所述椭圆形定位孔(22)设置在所述缺口的两侧。

3.根据权利要求2所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述椭圆形定位孔(22)的长径沿第一连接端曲面延伸方向设置。

4.根据权利要求1-3任一所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述矩形缺口(23)的宽度根据以下公式计算：

b＝(α₁-α₂)×L₁×T×1.5×10^-6

所述圆形缺口(24)的直径根据以下公式计算：

d₁≥b×2

其中，b为矩形缺口(23)的宽度，d₁为圆形缺口(24)的直径，L₁为两个矩形缺口(23)之间的弧长，α₁为金属材料的热膨胀系数，α₂为陶瓷基复合材料热膨胀系数，T为使用状态下的温度。

5.根据权利要求4所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述椭圆形定位孔(22)的长径根据以下公式计算：

其中，C₂为椭圆形定位孔(22)的长径，L₂为两个椭圆形定位孔(22)之间的弧长，d₂为铆钉(3)直径；

所述椭圆形定位孔(22)的短径与铆钉(3)直径d₂相同；

所述圆形定位孔(21)的直径根据下述公式计算：

d₃≥b×2.5

其中，d₃为圆形定位孔(21)的直径。

6.根据权利要求5所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述连接孔(11)的数量需要同时满足以下公式计算，

且

其中，K为连接孔(11)的数量，L为陶瓷基复合材料本体(1)的第一连接端总弧长，D为相邻铆钉(3)之间的弧长，相邻铆钉(3)之间的弧长D的范围为15～50mm，F为所需的连接总强度，F₁为单个铆钉(3)的连接强度。

7.根据权利要求6所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：

所述铆钉(3)为金属铆钉或复合材料铆钉，金属铆钉直径范围为2～6mm，所述复合材料铆钉的直径为3～12mm。

8.一种权利要求7所述的带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定陶瓷基复合材料本体(1)和金属连接件(2)的各个加工参数；

S1.1确定连接孔(11)的数量：同时根据以下公式计算连接孔(11)的数量：

且

其中K为连接孔(11)的数量，L为陶瓷基复合材料本体(1)的第一连接端总弧长，D为相邻铆钉(3)之间的弧长，相邻铆钉(3)之间的弧长D的范围为15～50mm，F为所需的总连接强度，F₁为单个铆钉(3)的连接强度；

所述铆钉(3)为金属铆钉或复合材料铆钉，金属铆钉直径范围为2～6mm，所述复合材料铆钉的直径为3～12mm；

S1.2确定金属连接件(2)上矩形缺口(23)和圆形缺口(24)的大小：根据以下公式计算矩形缺口(23)的宽度：

b＝(α₁-α₂)×L₁×T×1.5×10^-6

根据公式d₁≥b×2计算圆形缺口(24)的直径；

其中，b为矩形缺口(23)的宽度，d₁为圆形缺口(24)的直径，L₁为两个矩形缺口(23)之间的弧长，α₁为金属材料的热膨胀系数，α₂为陶瓷基复合材料热膨胀系数，T为使用状态下的温度；

S1.3确定椭圆形定位孔(22)的长径和短径：根据以下公式计算椭圆形定位孔(22)的长径：

其中，C₂为椭圆形定位孔(22)的长径，L₂为两个椭圆形定位孔(22)之间的弧长，d₂为铆钉(3)直径；

椭圆形定位孔(22)的短径C₁与铆钉(3)直径d₂相同；

S1.4确定圆形定位孔(21)的直径：根据以下公式计算圆形定位孔(21)的直径：

d₃≥b×2.5

其中d3为圆形定位孔(21)的直径；

S2、根据步骤S1中确定的加工参数对陶瓷基复合材料本体(1)和金属连接件(2)进行加工；

S3、将加工后的陶瓷基复合材料本体(1)和金属连接件(2)组装，得到带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件。