[發明專利]一種具有夾層結構的機身

有效

• 申請號: 201310066803.2
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103158852A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 狄春保;朱琪美;張和平;張俊
• 申請（專利權）人: 溧陽市科技開發中心
• 主分類號: B64C1/00
• 分類號: B64C1/00;C04B35/48;B32B18/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及一種具有夾層結構的機身，尤其涉及一種具有夾層結構的機身外殼。

背景技術

當前，大型商業噴氣飛機通常都采用了大推力渦輪風扇航空發動機，該類型的渦輪風扇航空發動機都使用了大尺寸的風扇葉片，最大的風扇葉片直徑可達3m，工作時風扇葉尖處的切線速度超過450m/s，未來渦輪風扇航空發動機的發展，渦輪風扇葉尖的切線速度會更高。高速運轉的葉片受外物撞擊損傷或高頻率振動疲勞等的影響，不可避免地會出現葉片斷裂故障。斷裂葉片具有很高的能量，如果葉片擊穿發動機機艙，則可能對發動機安裝位置附近的機身外殼產生損害，進而危及飛機乘客安全。當前的飛機機身外殼通常采用輕質金屬鋁鎂鈦或它們的合金來制造，還有些飛機則采用復合材料，但是當前的機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。

發明內容

為了克服上述缺點和弊端，本發明提供一種用于飛機的機身外殼，包括夾層結構，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復合材料制成，具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層構成的夾層結構，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應的合金材料，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成，其中氧化鋯基體與增韌相的體積比為2：1或3：1。

優選地，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，在氮氣保護下進行球磨100個小時，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，在球磨機中球磨5個小時，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結1.8小時，總升溫時間為8小時；再以220舒適度每小時的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時，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，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。

優選地，所述鈮粉、鈦粉和鎳粉按照重量比為5：4：3的比例混合，在氮氣保護下進行球磨90個小時，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，在球磨機中球磨5.5個小時，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結2.0小時，總升溫時間為9小時；再以230攝氏度每小時的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時，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，而后再次自然冷卻至室溫即可獲得所述陶瓷材料。

優選地，所述機身外殼從內到外依次為金屬層、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，優選地多層之間纖維方向交錯設置，金屬層的厚度1.5mm～3mm，陶瓷層的厚度5mm～8mm。

優選地，機身外殼從內到外依次為金屬層、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，優選地多層之間纖維方向交錯設置，內層金屬層的厚度1.5mm～2mm，陶瓷層的厚度3mm～6mm，外層金屬層的厚度1.5mm～3.0mm。

優選地，機身外殼從內到外依次為金屬層、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，優選地多層之間纖維方向交錯設置，金屬層的厚度1.5mm～3mm，內層陶瓷層的厚度3mm～5mm，外層陶瓷的厚度4mm～6mm。

優選地，所述夾層結構采用環氧樹脂或者聚酰亞胺等高分子樹脂材料作為粘結劑通過固化處理將金屬層、纖維層和陶瓷層粘結起來。

由于本發明中采用了高韌性、多孔氧化鋯陶瓷材料，根據本發明的機身外殼具有非常優異的抗沖擊性能，同時具有低密度性。

具體實施方式

本發明中的飛機機身外殼具有夾層結構，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復合材料制成，具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層構成的夾層結構。其中的金屬層例如采用鋁、鎂、鈦或者相應的合金材料，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。