[發(fā)明專利]一種陶瓷基復(fù)合材料的連接方法及鉚釘結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011452664.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN112555254B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張大偉;魚在池;趙升噸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F16B19/10
• 分類號(hào): F16B19/10;F16B5/02;F16B5/04;F16B37/04;F16B35/06;F16B37/00;C04B37/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種陶瓷基復(fù)合材料的連接方法及鉚釘結(jié)構(gòu)，方法是先制備陶瓷基復(fù)合材料鉚釘，陶瓷基復(fù)合材料鉚釘包括鉚釘外件和鉚釘內(nèi)件；然后將需要連接的第一、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件組合，第一、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件具有鉚釘孔和沉頭孔；再將鉚釘外件裝入第一、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的鉚釘孔；然后在鉚釘外件的鉚釘孔外圓柱面與第一、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的鉚釘孔縫隙填充碳化硅基體；再將鉚釘內(nèi)件旋入鉚釘外件；然后在鉚釘內(nèi)件與鉚釘外件的螺紋嚙合縫隙中填充碳化硅基體；最后修整連接區(qū)域的型面，完成陶瓷基復(fù)合材料的連接；本發(fā)明可降低連接對(duì)構(gòu)件表面形狀的影響，同時(shí)提高了抗熱失配和震動(dòng)的能力，極大地提高了連接的強(qiáng)度和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的連接方法及鉚釘結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

陶瓷基復(fù)合材料因其耐高溫和低密度的特點(diǎn)，成為一種關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天和兵器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，當(dāng)其應(yīng)用于熱端構(gòu)件尤其是大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件時(shí)，關(guān)鍵技術(shù)之一便是連接技術(shù)。

陶瓷基復(fù)合材料的連接主要有粘結(jié)和緊固兩種。粘結(jié)方法由于膠粘劑受耐溫能力的限制，其高溫使用性能無法滿足要求，且是一種脆性連接，可靠性低，嚴(yán)重削弱了陶瓷基復(fù)合材料的高韌性和高可靠性的優(yōu)勢(shì)。緊固連接方法使用螺栓或鉚釘進(jìn)行連接，螺栓連接存在以下缺點(diǎn)：緊固件多為金屬材料，無法適用高溫環(huán)境的工況，且其連接容易因?yàn)闊崾洹⒄饎?dòng)等原因?qū)е滤蓜?dòng)；螺栓改變了陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的表面形狀。鉚釘連接雖然基本未改變陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的表面形狀，但鉚釘難以形成可靠的墩頭，而且鉚釘與鉚釘孔均為光滑表面，容易因?yàn)闊崾洹⒄饎?dòng)等原因?qū)е裸T釘脫出，連接的可靠性較差，無法滿足陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件長(zhǎng)壽命的使用要求。申請(qǐng)?zhí)枮?01711257277.2的專利提出一種無頭螺釘緊固連接并用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法粘接的方法，但需要在待連接構(gòu)件上加工內(nèi)螺紋，加工難度大且破壞了構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷基復(fù)合材料的連接方法及鉚釘結(jié)構(gòu)，可降低連接對(duì)構(gòu)件表面形狀的影響，同時(shí)提高了抗熱失配和震動(dòng)的能力，極大地提高了連接的強(qiáng)度和可靠性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種陶瓷基復(fù)合材料的連接方法，包括以下步驟：

步驟一、制備陶瓷基復(fù)合材料鉚釘：

所述的陶瓷基復(fù)合材料鉚釘包括鉚釘外件1-2和鉚釘內(nèi)件1-1；所述的鉚釘外件1-2主體是一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一側(cè)有頭部，管孔為通孔，管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部有內(nèi)螺紋；所述的鉚釘內(nèi)件1-1主體為圓柱狀結(jié)構(gòu)，圓柱面上有外螺紋，牙型與鉚釘外件1-2內(nèi)螺紋嚙合，圓柱狀結(jié)構(gòu)一側(cè)有頭部，頭部的形狀由待連接的第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2和第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3的厚度及連接要求決定；

步驟二、將需要連接的第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2和第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3組合，所述的第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3具有鉚釘孔和沉頭孔，鉚釘孔與沉頭孔在陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件制備時(shí)在相應(yīng)的位置預(yù)留，或通過配鉆加工的方式獲得；所述鉚釘孔的內(nèi)徑為D₀，所述沉頭孔形狀由陶瓷基復(fù)合材料鉚釘?shù)念^部形狀決定，沉頭孔的深度h由材料性能和力學(xué)強(qiáng)度要求決定，h≥2mm；若第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2或第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3的構(gòu)件厚度h₁過小，即h₁≤h，則省略對(duì)應(yīng)陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件鉚釘孔，只保留錐形沉頭孔；

步驟三、將鉚釘外件1-2裝入第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3的鉚釘孔；

步驟四、在鉚釘外件1-2的鉚釘孔外圓柱面與第一陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件2、第二陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件3的鉚釘孔縫隙填充碳化硅基體4；填充方法采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法或化學(xué)氣相滲透等；若因?yàn)殂T釘外件1-2一側(cè)對(duì)應(yīng)的陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件鉚釘孔省略，則跳過此步驟；

步驟五、將鉚釘內(nèi)件1-1旋入鉚釘外件1-2；