调谐的多层材料系统和制造方法技术方案

本公开涉及调谐的多层材料系统和制造方法。一种分级的多层复合物(1100)包括金属基质材料(1110)，所述金属基质材料(1110)具有第一侧(1112)和与所述第一侧(1112)相对的第二侧(1114)。第一微球层(1120)被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第一侧(1112)。第二微球层(1122)被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第二侧(1114)。

【技术实现步骤摘要】
调谐的多层材料系统和制造方法
本申请涉及多层材料领域以及用于制造调谐的多层材料系统(TMMS)的方法，具体地，涉及用于一般包括机身、机翼、机尾、控制面、前缘、内部结构、空气导入系统和热保护系统的极端环境高超音速飞机机体结构的调谐的多层材料系统。
技术介绍
有能力为一般包括机身、机翼、机尾、控制面、前缘、内部结构和空气导入系统的可制造、耐用的且可快速部署的极端环境高超音速飞机机体结构提供路径的传统材料是昂贵的并且需要的制造周期长。为了为未来的极端环境应用提供价格合理且坚固的飞机机体结构和热保护系统，需要可提供被调谐以局部满足飞机机身上严格的热机械载荷要求的多层材料系统的新技术。因此，本领域的技术人员一直在调谐的多层材料系统领域进行研究和开发。
技术实现思路
在一个示例中，一种分级的多层复合物包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的金属基质材料。分级的多层复合物还包括分散在金属基质材料的第一侧的第一微球层和分散在金属基质材料的第二侧的第二微球层。在另一示例中，一种分级的多层材料系统包括非分级的多层复合物。该分级的多层材料系统还包括至少一个分级层，该至少一个分级层接合到所述非分级的多层复合物并选自分级的金属衬里、分级的陶瓷衬里、分级的金属-陶瓷混合衬里、分级的金属芯、分级的冷却通道结构和分级的环境障涂层。在又一示例中，提供了一种制造多层材料系统的方法。该方法包括提供分级的多层复合物并且将至少一个层接合到分级的多层复合物以提供多层材料系统。在再一示例中，提供了一种制造多层材料系统的方法。该方法包括提供非分级的多层复合物并且将至少一个分级层接合到非分级的多层复合物以提供多层材料系统。在一个示例中，多层材料系统包括衬里片材和蜂窝芯中的至少一个以及与衬里片材和蜂窝芯中的所述至少一个接合的多层复合物(例如，多层金属基质复合物)。多层复合物包括分散在金属基质材料内的中空微球。在另一示例中，一种制造多层复合物的方法包括：提供第一粉末的第一层，第一粉末的第一层中分散有第一中空微球；提供与第一粉末的第一层相邻的第二粉末的第二层；以及加热第一粉末的第一层和第二粉末的第二层。第二粉末的第二层中分散有第二中空微球。在又一示例中，一种制造多层材料系统的方法包括：提供第一粉末的第一层，第一粉末的第一层中分散有第一中空微球；提供与第一粉末的第一层相邻的第二粉末的第二层；烧结第一粉末的第一层和第二粉末的第二层；提供衬里片材和蜂窝芯中的至少一个；并且将烧结后的第一粉末的第一层与衬里片材和蜂窝芯中的至少一个接合。第二粉末的第二层中分散有第二中空微球。通过以下的具体实施方式、附图和所附权利要求书，本说明书所公开的多层材料系统和方法的其他示例将变得清楚。附图说明图1是根据本说明书的分级的多层复合物的示例的剖视图。图2A是被接合到单层结构以形成分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物的剖视图。图2B是被接合到分级的单层结构以形成分级的多层材料系统的非分级的多层复合物的剖视图。图3A是被接合到多层结构以形成分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物的剖视图。图3B至图3E是与图3A类似的剖视图，并且示出了被接合到不同的多层结构以提供不同的分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物。图4是表示用于制造多层材料系统的方法的流程图。图5是表示用于制造多层材料系统的方法的流程图。图6是根据本说明书的包括多层材料系统的交通工具的立体图，该多层材料系统包括蜂窝夹心板和接合到蜂窝夹心板的多层复合物。图7是图6的多层材料系统的示例的剖视图。图8是图7的多层材料系统的一部分的放大剖视图。图9是图6的多层材料系统的另一示例的剖视图。图10是图9的多层材料系统的一部分的放大剖视图。图11是表示用于制造图6的多层复合物的方法的流程图。图12是表示用于制造图6的多层材料系统的方法的流程图。图13是飞行器制造和保养方法的流程图。图14是飞行器的框图。具体实施方式图1是根据本说明书的多层复合物1100的示例的剖视图。多层复合物1100是包括金属基质材料1110的分级的多层复合物，金属基质材料1110具有第一侧1112和与第一侧1112相对的第二侧1114。分级的多层复合物1100还包括分散在金属基质材料1110的第一侧1112的第一微球层1120和分散在金属基质材料1110的第二侧1114的第二微球层1122。多层复合物1100是基于分级因子的组合而分级的。作为示例，多层复合物1100的第一部分可具有与多层复合物1100的第二部分的密度不同的密度。作为另一示例，金属基质材料1110可包括成分分级的材料，诸如混合的基于钛和基于镍的材料系统。作为又一示例，第一微球层1120中的微球可基于第一空间梯度相对于彼此空间分布，并且第二微球层1122中的微球可基于第二空间梯度相对于彼此空间分布，第二空间梯度不同于第一空间梯度。在示例实现方式中，第一空间梯度和第二空间梯度可以基于微球的数量。在另一示例实施方式中，第一空间梯度和第二空间梯度可以基于微球的尺寸。与多层复合物1100关联的其他分级因子和任何分级因子组合是可能的。分级的多层复合物1100还包括被限定在第一微球层1120和金属基质材料1110的第一侧1112的第一边缘1113之间的第一缓冲区域1140。分级的多层复合物1100还包括被限定在第二微球层1122和金属基质材料1110的第二侧1114的第二边缘1115之间的第二缓冲区域1142。第一缓冲区域1140和第二缓冲区域1142中的每一个基本上没有微球。第一缓冲区域1140和第二缓冲区域1142确保在第一边缘1113和第二边缘1115附近没有可能导致弱材料应力点的部分微球。图2A是被接合到单层结构1150以形成分级的多层材料系统1200的图1的分级的多层复合物1100的剖视图。单层结构1150可选自金属衬里(例如，整体(monolithic)金属、金属合金、金属基质复合物、金属间合金、金属间基质复合物、复合浓缩合金或复合浓缩基质复合物)、陶瓷衬里(例如，整体陶瓷、陶瓷基质复合物或复合浓缩陶瓷合金)、金属-陶瓷混合衬里、金属芯、冷却通道结构(限定一个或更多个冷却通道)和环境障涂层。单层结构1150可包括分级材料(例如，分级金属或分级的陶瓷或分级混合物)。尽管图2A的分级的多层材料系统1200是使用图1的分级的多层复合物1100形成的，但可料想到，可以使用大体均匀(即，非分级)的多层复合物和分级单层结构来形成分级的多层材料系统，诸如图2B中所示。如图2B中所示，多层材料系统1250包括接合到分级单层结构1280的非分级的多层复合物1260(即，大体均匀的多层复合物)。非分级的多层复合物1260包括金属基质材料1262，在金属基质材料1262中分散有非分级微球层1264。第一缓冲区域1266和第二缓冲区域1268被设置在非分级微球层1264的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分级的多层复合物(1100)，该分级的多层复合物(1100)包括：/n金属基质材料(1110)，其具有第一侧(1112)和与所述第一侧(1112)相对的第二侧(1114)；/n第一微球层(1120)，其被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第一侧(1112)；以及/n第二微球层(1122)，其被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第二侧(1114)。/n

【技术特征摘要】
20200103 US 16/733,3901.一种分级的多层复合物(1100)，该分级的多层复合物(1100)包括：
金属基质材料(1110)，其具有第一侧(1112)和与所述第一侧(1112)相对的第二侧(1114)；
第一微球层(1120)，其被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第一侧(1112)；以及
第二微球层(1122)，其被分散在所述金属基质材料(1110)的所述第二侧(1114)。


2.根据权利要求1所述的分级的多层复合物(1100)，其中，所述分级的多层复合物的第一部分的密度不同于所述分级的多层复合物的第二部分的密度。


3.根据权利要求1或2所述的分级的多层复合物(1100)，其中，所述金属基质材料(1110)包括成分分级的材料。


4.根据权利要求3所述的分级的多层复合物(1100)，其中，所述金属基质材料(1110)的成分包括铝、铝合金/金属基质复合物、钛、钛合金/金属基质复合物、铁、铁合金/金属基质复合物、镍、镍合金/金属基质复合物、钴、钴合金/金属基质复合物、难熔金属、难熔金属合金/金属基质复合物、铜、铜合金/金属基质复合物、贵金属、贵金属合金/金属基质复合物、锆、锆合金/金属基质复合物、铪、铪合金/金属基质复合物以及金属间物质中的至少一种。


5.根据权利要求1或2所述的分级的多层复合物(1100)，其中，(i)所述第一微球层(1120)中的微球基于第一空间梯度相对于彼此空间分布，并且(ii)所述第二微球层(1122)中的微球基于第二空间梯度相对于彼此空间分布，所述第二空间梯度不同于所述第一空间梯度。


6.根据权利要求5所述的分级的多层复合物(1100)，所述分级的多层复合物(1100)还包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·约瑟费亚妮，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US