具有复合材料-金属接头的复合材料结构以及制造其的方法技术

复合材料结构包括层压的纤维增强树脂板层和金属片的堆叠组。树脂板层与金属片的边缘交叉，以形成将树脂板层与金属片连接的复合材料-金属接头。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有复合材料-金属接头的复合材料结构以及制造其的方
一般而言，本公开内容涉及复合材料结构，具体而言，涉及纤维增强树脂层压板 层，并且更具体地涉及具有复合材料-金属(composite-to-metal)接头的混合复合材料。
技术介绍
粘合技术通常用于组装复合材料结构。在复合材料结构还需要紧固件的应用中， 可能需要增加围绕紧固件的结构的局部厚度或规格(gauge)以便承受传输经过紧固件接 头的负荷。随着所述结构的局部厚度增加，紧固件可能需要延长，从而对结构增加重量。此 外，该结构的局部厚度增加可增加通过紧固件接头的负荷路径的偏心率，这可能将不期望 的弯曲负荷置于紧固件上。上述问题的一种解决方案由将金属配件附接到紧固件区域中的复合材料结构组 成。这些金属配件可以由钛或可基本上不与接触其的碳纤维增强复合材料发生化学反应的 类似金属形成。然而，钛配件可能相对较贵，特别是当必须使其形成复杂形状时。因此，需要复合树脂-金属接头，其可用于将基本上全金属配件与基本上全复合 树脂结构连接，其相对便宜且易于制造，并且其可以承受紧固件连接点周围传输的负荷。还 需要复合树脂-金属接头，其基本上避免全金属配件和全复合树脂结构之间的化学反应。
技术实现思路
公开的实施方式提供了混合型复合材料结构，其包括可用于将基本上全金属配件 与基本上全复合树脂结构连接的纤维增强树脂复合材料-金属接头。该接头提供复合材料 与金属结构之间的过渡，其适合用在更高性能的应用中，比如航天运载工具。这种从基本上 全复合材料到基本上全金属材料的过渡可以降低或消除腐蚀的可能性和/或由于偏心率 造成的问题。在复合材料结构的铺叠(lay-up)期间，金属片被一些复合材料板层替换，并 且从复合材料板层到金属片的过渡出现在交错的位置，以便提供从复合材料部分到金属部 分的足够负荷转移。交错的过渡造成复合材料板层和金属片之间的交叉(interleaving) 并且产生多个接合缝，其可以减少接头中裂缝或脱胶(disbond)的发生和/或蔓延。金属 片之间放置的粘合剂将金属片粘接和组合为接近实心的金属配件。根据一个公开的实施方式，提供了复合材料结构，其包括一叠层压的纤维增强树 脂板层和一叠金属片。金属片具有边缘，其与纤维增强树脂板层的边缘交叉，以形成连接纤 维增强树脂板层与金属片的复合材料-金属接头。根据另一个实施方式，提供了混合树脂-金属结构，其包括复合树脂部分、金属部 分以及树脂部分和金属部分之间的过渡段。树脂部分包括纤维增强树脂的层压板层，并且 金属部分包括粘合的金属片。过渡段包括在所述层压板层和金属片之间交错的重叠。根据另一个实施方式，提供了混合复合材料金属部件。该部件包括纤维增强复合 材料的铺叠，其终止于界面位置。在界面位置处，与复合材料相同厚度的金属板层延续至部件的金属边缘，并且重复铺叠，其中复合材料-金属界面从已有的界面位置朝向部件的边 缘交错。结构粘合剂层置于金属板层之间，其中下一个金属-复合材料界面与部件边缘错 开，以产生嵌套拼接，并且继续交错的界面堆叠——其产生嵌套的接头片(tab)—一直至部 件的全部厚度，其中复合材料板层都没有完全延伸至部件的边缘。根据又另一个实施方式，提供了制造复合材料结构的方法。该方法包括形成具有 复合材料部分和金属部分的多板层复合材料铺叠，并且在复合材料部分和金属部分之间形 成复合材料-金属接头。该方法进一步包括将铺叠压实和固化。根据进一步的实施方式，提供了生产混合金属部件的方法。该方法包括铺设至少 一个纤维增强复合材料板层，其终止于界面位置；和铺设相邻的金属板层，其中金属板层与 相邻纤维增强复合材料板层的厚度基本相同。重复铺设复合材料板层和相邻金属板层的步 骤以形成复合材料-金属界面，其从已有界面位置朝向所述部件的边缘交错。该方法进一 步包括在金属板层之间铺设结构粘合剂层，并且重复复合材料和金属板层铺叠，其中下一 个金属-复合材料界面与部件边缘错开，以产生嵌套拼接。9.混合复合树脂-金属结构，包括复合树脂部分，其包括纤维增强树脂的层压板层；金属部分，其包括粘合的金属片；以及过渡段，其在所述复合树脂部分和所述金属部分之间，所述过渡段包括在所述层 压板层和所述金属片之间交错的重叠。10.权利要求9所述的混合复合树脂-金属结构，其中所述层压板层和所述金属片分层排列，并且每个层包括基本上边对边对接的一个所述金属片和多个所述纤维增强树脂板层。11.权利要求10所述的混合复合树脂-金属结构，其中每个层中所述板层的厚度 基本上等于所述层中所述金属片的厚度。20.生产混合金属部件的方法，包括铺设至少一个纤维增强复合材料板层，其终止于界面位置；铺设相邻的金属板层，其中所述金属板层与所述相邻的纤维增强复合材料板层的 厚度相同；重复所述铺设复合材料板层和相邻的金属板层的步骤以形成复合材料-金属界 面，其从已有的界面位置朝向所述部件的边缘交错；在所述金属板层之间铺设结构粘合剂层；和重复所述复合材料和金属板层铺叠，其中下一个金属-复合材料界面与所述部件 边缘错开，以产生嵌套拼接。21.权利要求20所述的方法，进一步包括继续所述复合材料和金属板层的交错界面堆叠以产生嵌套接头片，直至所述部件 的全部厚度，其中复合材料板层都没有完全延伸至所述部件的边缘。22.权利要求21所述的方法，进一步包括真空袋加工所述部件以去除所述铺叠中的空气空隙；并且将铺叠的部件固化。23.混合复合树脂-金属航空器结构，包括多个层压的层，其形成纤维增强的全复合材料部分、全金属部分、以及将所述复合材料部分与所述金属部分连接的混合复合材料-金属指形接头，所述层中的每个都包括多个复合树脂板层和钛金属片，其中所述板层和所述金属片彼此边对边对接排列，在所述层中形成复合材料-金属过渡点，并且其中所述层中的过渡点相对于彼此交错以形成所述指形接头；和在所述金属片之间用于将所述金属片组合的粘合剂层，并且其中每个所述层中的板层的厚度基本上等于一个片和粘合剂层的组合厚度。24.制造混合复合树脂-金属航空器结构的方法，包括形成铺叠，其包括纤维增强的全复合材料部分、全金属部分以及将所述复合材料部分与所述金属部分连接的混合复合材料-金属指形接头；形成所述铺叠，包括铺叠多个层，其中每个层通过将多个复合树脂板层与钛金属片边对边对接而形成，在所述层中形成复合材料-金属过渡点；在所述金属片之间放置粘合剂层η以将所述金属部分组合；通过将所述层中的过渡点相对于彼此交错，在所述复合材料部分和所述金属部分之间形成接头；将所述铺叠压实；并且将所述铺叠固化。12.权利要求9所述的混合复合树脂-金属结构，其中所述交错的重叠在所述复合树脂部分和所述金属部分之间形成复合材料-金属指形接头。13.权利要求9所述的混合复合树脂-金属结构，进一步包括在每个所述金属片之间的粘合剂层，用于将所述片粘合在一起并且将所述金属部分组合。14.权利要求9所述的混合复合树脂-金属结构，其中每个所述金属片是钛合金。15.混合复合材料-金属部件，包括纤维增强复合材料的铺叠，其终止于界面位置，其中与所述复合材料相同厚度的金属板层延续至部件的金属边缘，并且重复铺叠，其中复合材料-金属界面从已有的界面位置朝向部件边缘交错，并且包括在所述金属板层之间的结构粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.17 US 12/857,8351.复合材料结构，包括纤维增强树脂板层的层压堆叠；以及金属片的堆叠，所述金属片具有与所述纤维增强树脂板层的边缘交叉的边缘，以形成将所述纤维增强树脂板层与所述金属片连接的复合材料-金属接头。2.权利要求1所述的复合材料结构，其中所述纤维增强树脂板层和金属片的堆叠分层排列，其中每个所述层包括金属片和至少一个所述纤维增强树脂板层。3.权利要求2所述的复合材料结构，其中每个所述层中的所述纤维增强树脂板层的厚度大体等于所述层中所述金属片的厚度。4.权利要求2所述的复合材料结构，其中每个所述层中的所述纤维增强树脂板层和所述金属片具有基本对接的边缘，形成树脂-金属过渡点。5.权利要求4所述的复合材料结构，其中所述层的所述过渡点相对于彼此交错。6.权利要求2所述的复合材料结构，其中所述层在所述树脂板层的堆叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·H·格瑞斯，G·E·乔格森，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：
国别省市：