一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材制造技术

本发明专利技术提供一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，所述类蜂窝结构板材是由上下两块面板、蜂窝内芯所组成的类蜂窝结构板材；所述蜂窝内芯是由分形蜂窝结构、内嵌蜂窝中心的碳纤维管所组成；所述电磁屏蔽涂层涂覆于蜂窝结构内、外壁。上述的碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，解决了目前在航天材料外壳上，作为板材除了需要优异的电磁性能之外，它们还需要一定的承载能力，并满足轻量化的设计。本发明专利技术运用的航天器用板材既保证吸收电磁波又有着优异的承载能力的问题，旨在解决这一问题的同时也能够实现轻量化，在满足强度要求下改善板材的物理性能。材的物理性能。材的物理性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材。

技术介绍

[0002]自1865年麦克斯韦预测了电磁波的存在到如今已经过去了150多年，无线通信技术在现代社会飞速发展。同时电磁污染也随之产生，在某些特定情形下电磁污染会导致电子失灵，引发信息泄露，过度的电磁污染也会对人的身体健康产生危害。所以，在某些特殊场合，需要尽可能对电磁波进行吸收，以避免电磁污染所造成的危害。
[0003]对于航天材料，不仅需要优秀的电磁屏蔽性能，拥有较宽的电磁吸收频带，还需要能够承受一定的载荷，同时也要达到轻量化的要求。蜂窝内芯结构具有优异的机械性能和高强度
‑ꢀ
质量比，并且蜂窝及其复合结构在吸能、降噪以及电磁屏蔽等方面都有着显著的优点。基于这些优点，蜂窝结构可以用于多种功能复合设计，例如结构电磁屏蔽、能量吸收和承载性能。其次由于蜂窝结构为多孔结构，在材料设计环节中，能使整体结构重量更轻，为基体材料提供低密度支撑。
[0004]在实际工程运用中，以正六边形单元密排形成的蜂窝结构为主，并且这一结构得到了广泛的运用。这样的蜂窝结构却可以说是一种“分形”材料，板材中芯填充蜂窝结构，在大自然中也存在着这样的“分形”材料，例如树木中的纤维，骨骼中的孔洞。最早的“分形”属于数学问题，例如谢尔宾斯基三角形，Mandelbort提出的Leibniz堆积等。在材料领域中“分形”的概念最早是“材料形态的复合”，直到1993年Roderic Lakes提出了“分形材料”这一概念。
[0005]中国专利文献CN 205219945 U公开了一种电磁屏蔽蜂窝板，在铝蜂窝层上覆盖多种材料层来实现降低电磁辐射的作用，但其结构复杂，无轻量化设计，电磁屏蔽效率低。
[0006]中国专利文献CN 109881036 B公开了一种电磁屏蔽泡沫铝复合材料的制备方法，利用 TiH2在镁块和空心陶瓷微球的复合体系中进行发泡，制备了小孔径、高强度及电磁屏蔽性能优良的新型闭孔泡沫铝复合材料，但制备方法过程中需要高温，存在易燃易爆的危险因素，过程不够安全，制备的结构板材的机械性能和电磁屏蔽性能还不理想。
[0007]中国专利文献CN 111186178 A公开了一种具有平面多方向同性蜂窝夹芯的蜂窝板结构，采用波纹铝板制成的蜂窝结构和刚性空心管组合成新型蜂窝芯结构，利用刚性空心管的方向性及良好的抗压性能，通过在各个方向上均匀布置以达到力学各向同性，使得新型蜂窝板拥有良好的侧向抗压能力并能保持力学平面多方向同性。由于结合蜂窝板材使用环境受轴向载荷的情况较为普遍，其分形蜂窝结构板材其机械性能不够理想，复合电磁屏蔽性能有待提高。因此，如何以分形结构为基础，通过对蜂窝结构进行改进以及材料设计来形成复合结构，来实现电磁屏蔽效果的同时提高承载能力成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决目前运用的航天器用板材既保证吸收电磁波又有着优异的承载能力的问题，旨在解决这一问题的同时也能够实现轻量化，在满足强度要求下改善板材的物理性能，提供一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，在加强轴向机械性能的同时通过分形蜂窝结构也加强了横向机械性能，并复合电磁屏蔽性能。本专利技术以分形结构为基础，通过对蜂窝结构进行改进以及在蜂窝内加入不同材料来形成复合结构，来实现对航天器上板材达到电磁屏蔽效果的同时也拥有优异的承载能力。
[0009]一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，所述板材是由上下两块面板和形外自相似分形蜂窝结构内芯组成；所述的上下两块面板为轻质高强度合金面板和轻质高强度合金下面板；
[0010]所述形外自相似分形蜂窝结构内芯是由形外自相似分形蜂窝结构、内嵌于蜂窝中心的碳纤维管与涂覆于蜂窝内外壁的电磁屏蔽涂层组成；所述形外自相似分形蜂窝结构包括大小尺寸两种蜂窝结构，由6个小尺寸蜂窝围成一个大尺寸蜂窝结构，每一个小尺寸蜂窝都处于大尺寸蜂窝结构的节点处，整体结构存在一定厚度；所述内嵌于蜂窝中心的碳纤维管有两种尺寸，为小尺寸碳纤维圆管和大尺寸碳纤维圆管，分别内嵌于大、小两种尺寸蜂窝中；所述电磁屏蔽涂层均匀涂覆于蜂窝内、外壁，形成一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材。本专利技术为了解决上述问题，本专利技术提供了一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，所述的板材由上、下两块面板和中间蜂窝内芯组成。所述的蜂窝内芯由多个形外自相似分形蜂窝结构单元所构成；所述形外自相似分形蜂窝结构由大、小两种尺寸的正六边形蜂窝所组成，小尺寸蜂窝围成大尺寸蜂窝，六个小尺寸蜂窝都处于大尺寸蜂窝的节点处，小尺寸蜂窝的棱长为大尺寸蜂窝的三分之一；每个蜂窝中心都有内嵌的有两种尺寸的碳纤维管，分别内嵌于大、小两种尺寸蜂窝中，碳纤维管外壁与蜂窝内壁相切，管的高度等于蜂窝内芯的高度；在蜂窝内外壁涂覆有粉末状铁氧体吸收材料和环氧树脂混合后制成的电磁屏蔽涂层。其上、下面板和蜂窝结构的材料由铝合金制成。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，所述的上下两块面板由轻质高强度合金制成，轻质高强度合金材料采用但并不限于选用铝合金材料。
[0012]作为本专利技术优选的技术方案，所述形外自相似分形蜂窝结构内芯采用轻质高强度合金材料制成，小尺寸蜂窝的棱长为大尺寸蜂窝的三分之一，轻质高强度合金材料采用但并不限于选用铝合金材料，形成轻质高强度合金蜂窝壁。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，碳纤维圆管分别内嵌于两种不同尺寸的蜂窝中，圆管外壁与蜂窝的内壁相切，圆管的高度等于蜂窝内芯的高度。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，所述电磁屏蔽涂层由粉末状铁氧体吸收材料和环氧树脂混合制成。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，大尺寸蜂窝的棱长范围为15～210mm，小尺寸蜂窝棱长范围为5～70mm，中间蜂窝内芯高度范围为1～100mm，上、下面板厚度范围为1～10mm。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，在3.53～24.00GHz的电磁吸收率不低于90％。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述分形蜂窝结构通过3D打印、线切割或其他加工方式获得。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，所述碳纤维管外壁与蜂窝内壁采用胶接；所述中间蜂窝内芯与上、下面板之间采用钎焊连接。
[0019]相较于现有技术，本专利技术具有显而易见的突出的实质性特点和显著的优点：
[0020]1.本专利技术形外自相似分形蜂窝结构承载能力优秀：蜂窝结构的横向刚度和强度一般由蜂窝壁的弯曲变形控制，并和蜂窝密度有很大的关系；在均匀分布的载荷作用下，蜂窝的最大弯矩出现在蜂窝顶点处；所以用更小的正六边形代替大正六边形的顶点，同时减小壁厚以保持整体的表观密度恒定，实现多层分形结构，分形蜂窝的杨氏模量优于相对密度相等的正六边形普通蜂窝的杨氏模量；分形结构提升体系的机械性能，并且整体的力学行为受不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，其特征在于：所述板材是由上下两块面板和形外自相似分形蜂窝结构内芯(3)组成；所述的上下两块面板为轻质高强度合金面板(1)和轻质高强度合金下面板(2)；所述形外自相似分形蜂窝结构内芯(3)是由形外自相似分形蜂窝结构、内嵌于蜂窝中心的碳纤维管与涂覆于蜂窝内外壁的电磁屏蔽涂层组成；所述形外自相似分形蜂窝结构包括大小尺寸两种蜂窝结构，由6个小尺寸蜂窝围成一个大尺寸蜂窝结构，每一个小尺寸蜂窝都处于大尺寸蜂窝结构的节点处，整体结构存在一定厚度；所述内嵌于蜂窝中心的碳纤维管有两种尺寸，为小尺寸碳纤维圆管(4)和大尺寸碳纤维圆管(5)，分别内嵌于大、小两种尺寸蜂窝中；所述电磁屏蔽涂层(8)均匀涂覆于蜂窝内、外壁，形成一种碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材。2.根据权利要求1所述碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，其特征在于：所述的上下两块面板由轻质高强度合金制成，轻质高强度合金材料采用但并不限于选用铝合金材料。3.根据权利要求1所述碳纤维管增强形外自相似分形复合电磁屏蔽类蜂窝结构板材，其特征在于：所述形外自相似分形蜂窝结构内芯(3)采用轻质高强度合金材料制成，小尺寸蜂窝的棱长为大尺寸蜂窝的三分之一，轻质高...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷作胜，沙春晖，张成川，左广宇，刘雨寒，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：