带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法，以解决目前陶瓷基复合材料构件与飞机发动机等金属材料构件的连接方式在高温和震动环境下连接位置会产生形变、裂纹甚至发生脱离的技术问题。该陶瓷基复合材料构件中，陶瓷基复合材料本体包括设置有K个连接孔的第一连接端，K≥2且为整数，金属连接件包括与第一连接端相配合并贴紧的第二连接端，第二连接端设置有K个定位孔，定位孔与连接孔固定连接，在定位孔之间均匀设置有M个缺口且M≤K。该制备方法包括1、确定陶瓷基复合材料构件的各个加工参数；2、根据加工参数对陶瓷基复合材料本体和金属连接件进行加工；3、将加工后的陶瓷基复合材料本体和金属连接件组装。装。装。

【技术实现步骤摘要】
带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷基复合材料构件与金属部件的连接方法，具体涉及一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法。

技术介绍

[0002]为提高飞机发动机的耐高温性能，现采用陶瓷基复合材料制备全复材的发动机热端部件，而陶瓷基复合材料构件在发动机系统中不可避免的需要与金属材料部件连接、搭接等，由于金属材料的热膨胀系数比陶瓷基复合材料的热膨胀系数大，因此在高温下，会出现发动机零部件的损坏，另外在周期性的震动环境中，由多层碳毡铺成的陶瓷基复合材料在弯折处易发生铺层间的脱离。
[0003]公开号为CN105948825A的中国专利技术专利公开了一种用于钎焊的陶瓷复合层及其制作方法，该方法将陶瓷基体的表面设置有金属化层，并在金属化层设置有用于钎焊的通过印刷并进经过烧结成型的焊料层，但是，由于零部件处于震动环境，焊接层和碳毡铺成的陶瓷基复合材料会发生脱离。
[0004]公开号为CN110293491A的中国专利技术专利公开了一种陶瓷基复合罩体与金属嵌环的静定粘接工装及其方法，该方法采用静定粘接工装方法，可以最大限度的减少过程应力，但是，在剧烈的震动环境下陶瓷基复合罩体与金属嵌环粘接出产生的形变和裂纹还是无法避免。
[0005]综上所述，目前亟需一种使陶瓷基复合材料制备的构件与金属材料制备的构件牢固连接的方式。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于解决目前陶瓷基复合材料构件与飞机发动机等金属材料构件的连接方式在高温和震动环境下连接位置会产生形变、裂纹甚至发生脱离的技术问题，提出一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件及其制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件，其特殊之处在于：
[0009]包括陶瓷基复合材料本体和金属连接件；
[0010]所述陶瓷基复合材料本体包括第一连接端，所述第一连接端为曲面连接端，
[0011]所述第一连接端设置有K个连接孔，K为大于等于2的整数；
[0012]所述金属连接件包括第二连接端，所述第二连接端与第一连接端相配合并贴紧；
[0013]所述第二连接端设置有与连接孔相对应的K个定位孔，所述定位孔与连接孔通过铆钉连接，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及与矩形缺口相通的圆形缺口组成。
[0014]进一步地，所述定位孔包括圆形定位孔和椭圆形定位孔，所述椭圆形定位孔设置在所述缺口的两侧，所述圆形定位孔设置在椭圆形定位孔中间。
[0015]进一步地，所述椭圆形定位孔的长径沿第一连接端曲面延伸方向设置，短径垂直于长径方向。
[0016]进一步地，所述陶瓷基复合材料本体为圆筒状，所述金属连接件为与陶瓷基复合材料本体相匹配的圆环状。
[0017]进一步地，所述金属连接件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；
[0018]所述陶瓷基复合材料构的第一连接端的端面上均匀设置有M个密封凸台，所述金属连接件的第二连接端设置有与所述密封凸台相适配的凹槽，所述圆形缺口设置在所述凹槽的内壁面，所述密封凸台完全覆盖圆形缺口。
[0019]进一步地，所述矩形缺口的宽度根据以下公式计算：
[0020]b＝(α1‑
α2)
×
L1×
T
×
1.5
×
10
‑6[0021]所述圆形缺口的直径根据以下公式计算：
[0022]d1≥b
×2[0023]其中，b为矩形缺口的宽度，d1为圆形缺口的直径，L1为两个矩形缺口之间的弧长，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。
[0024]进一步地，所述椭圆形定位孔的长径根据以下公式计算：
[0025][0026]其中，C2为椭圆形定位孔的长径，L2为两个椭圆形定位孔之间的弧长，d2为铆钉直径；
[0027]所述椭圆形定位孔的短径与铆钉直径d2相同；
[0028]所述圆形定位孔的直径根据下述公式计算：
[0029]d3≥b
×
2.5
[0030]其中，d3为圆形定位孔的直径。
[0031]进一步地，所述连接孔的数量需要同时满足以下公式计算，
[0032]且
[0033]其中，K为连接孔的数量，L为陶瓷基复合材料本体的第一连接端总弧长，D为相邻铆钉之间的弧长，相邻铆钉之间的弧长D的范围为15～50mm，F为所需的总连接强度，F1为单个铆钉的连接强度。
[0034]进一步地，所述铆钉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。
[0035]本专利技术一种带有金属连接件的陶瓷基复合材料构件的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0036]S1、确定陶瓷基复合材料本体和金属连接件的各个加工参数
[0037]S1.1确定连接孔的数量：
[0038]同时根据以下公式计算连接孔的数量：
[0039]且
[0040]其中K为连接孔的数量，L为陶瓷基复合材料本体的第一连接端总弧长，D为相邻铆钉之间的弧长，相邻铆钉之间的弧长D的范围为15～50mm，F为所需的总连接强度，F1为单个铆钉的连接强度；
[0041]所述铆钉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；
[0042]S1.2确定金属连接件上矩形缺口和圆形缺口的大小：
[0043]根据以下公式计算矩形缺口的宽度：
[0044]b＝(α1‑
α2)
×
L1×
T
×
1.5
×
10
‑6[0045]根据公式d1≥b
×
2计算圆形缺口的直径；
[0046]其中，b为矩形缺口的宽度，d1为圆形缺口的直径，L1为两个矩形缺口之间的弧长，α1为金属材料的热膨胀系数，α2为陶瓷基复合材料的热膨胀系数，T为使用状态下的温度；
[0047]S1.3确定椭圆形定位孔的长径和短径：根据公式
[0048][0049]计算椭圆形定位孔的长径，其中，C2为椭圆形定位孔的长径，L2为两个椭圆形定位孔之间的弧长，d2为铆钉直径；
[0050]椭圆形定位孔的短径C1与铆钉直径d2相同；
[0051]S1.4确定圆形定位孔的直径，根据以下公式计算圆形定位孔的直径：
[0052]d3≥b
×
2.5
[0053]其中d3为圆形定位孔的直径；
[0054]S2、根据步骤S1中确定的加工参数对陶瓷基复合材料本体和金属连接件进行加工；
[0055]S3、将加工后的陶瓷基复合材料本体和金属连接件组装，得到带有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。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3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。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)。6.根据权利要求1
‑
5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。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：何江怡，涂建勇，刘梦珠，王佳民，陈旭，杨云云，田录录，廖军刚，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：