一种应用航天领域的陶瓷件及其制备方法与流程

本发明涉及航天用结构陶瓷领域，更具体地说，涉及一种应用航天领域的陶瓷件及其制备方法。

背景技术：

结构陶瓷是具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度、低蠕变速率等优异力学、热学、化学性能，常用于各种结构部件的先进陶瓷，其中氮化硼陶瓷是一种新兴的结构陶瓷材料,它是一种六方晶系的结晶体,具有鳞片状结构。氮化硼陶瓷是随着宇宙航空和电子工业的发展而发展起来的,在工业上有着广泛的用途，相关领域的工作人员从第二次世界大战结束后便开始对这种材料进行了大量的研究工作,直到近些年解决了热压方法后，氮化硼陶瓷得到迅速发展。

自人类文明诞生开始，仿生就是人类社会文明发明的重要灵感来源，从古代的锯子等早期工具到现代的雷达等专业用具，都是人类从生物上得到灵感，所得出的发明。

鸟类为了降低自身的体重，将自身的骨骼变成空心，除此之外还将羽毛中的正羽中的羽轴和羽根结构也转化为空心结构，其中，羽轴的管道内藏了一些很轻的泡沫状物质，因而能令雀鸟易于飞翔，这种特别的结构亦使雀鸟飞行时双翼不会折断，而羽根则是用来连接羽轴和鸟类身体的，由于鸟类体表覆盖的大量羽毛，因此羽轴和羽根的空心结构可以大幅减小鸟类的自重，减小鸟类的飞行重担，但是作为结构强化件的陶瓷件却难以做到像鸟类骨骼或者羽根一样，因为在飞机飞行的过程中，飞机的机身或承受较大的风压，作为结构强化件的陶瓷件会受到较大的外力，极易导致结构陶瓷表面或内部出现裂痕，当陶瓷件为实心件的时候，裂痕发展速度为正常速度，而当陶瓷件为空心管件时，陶瓷内壁会出现应力集中的现象，导致裂痕发展加速，造成陶瓷件断裂损坏。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用航天领域的陶瓷件及其制备方法，它可以实现将飞机机身上的用来强化结构强度的陶瓷件设置为空心结构，大幅降低陶瓷件自身的重量，降低飞机自身的重量，减轻飞机飞行负担，且陶瓷件不易在飞行的过程中在风压的作用下表面出现撕裂的裂纹，即使在出现裂纹后，发展到后续较大裂纹时也不易出现管件断裂的事故。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种应用航天领域的陶瓷件及其制备方法，包括中轴管，所述中轴管内插接有中轴管内芯，所述中轴管的两端固定连接有一对连接件，所述连接件包括密封头，所述密封头靠近中轴管的一端固定连接有与中轴管内壁相匹配的凸柱，所述凸柱的侧壁上固定连接有定位楔块，所述中轴管管身的管口内壁上开凿有与定位楔块相匹配的定位槽，所述中轴管管身的内壁上开凿有与定位楔块相匹配的滑槽，所述中轴管内芯包括有泡沫状混合物，所述泡沫状混合物的外壁包裹有保温层，所述保温层的外壁包裹有恒温层，所述恒温层的两端管口处均固定连接有密封膜，可以实现将飞机机身上的用来强化结构强度的陶瓷件设置为空心结构，大幅降低陶瓷件自身的重量，降低飞机自身的重量，减轻飞机飞行负担，且陶瓷件不易在飞行的过程中在风压的作用下表面出现撕裂的裂纹，即使在出现裂纹后，发展到后续较大裂纹时也不易出现管件断裂的事故。

进一步的，所述中轴管管身的外壁上开凿有多组扰流槽，所述扰流槽的两侧壁之间固定连接有多个强化杆，扰流槽具有扰流作用，使扰流槽表面不易生成稳定的气刀，不易在中轴管管身的表面划出划痕，而强化杆则具有强化的作用，使扰流槽内不易在气流的作用下划出裂痕。

进一步的，所述泡沫状混合物的主体部分为杆状乳酸钙固体物，而杆状乳酸钙固体内填充有芽孢乳杆菌的芽孢，芽孢乳杆菌的芽孢为芽孢乳杆菌的休眠体，而在芽孢乳杆菌正常生长的过程中以乳酸钙为饵食，生成碳酸钙固体，用于缝补中轴管管身表面出现的裂纹。

进一步的，所述芽孢乳杆菌的芽孢外层包裹有水溶性胶囊，水溶性胶囊可以分割芽孢乳杆菌的芽孢和杆状乳酸钙固体物。

进一步的，所述泡沫状混合物主体部分的杆状乳酸钙固体整体呈海绵状，装有芽孢的水溶性胶囊嵌于状乳酸钙固体的间隙中，呈海绵状的杆状乳酸钙固体可以大幅降低自身的质量，减轻陶瓷件的自身重量。

进一步的，所述杆状乳酸钙固体物内掺有黄色微米级的荧光色素，荧光色素会随着芽孢乳杆菌的繁殖而迁移，使得芽孢乳杆菌形成带有荧光的菌落

进一步的，所述凸柱远离密封头的一端固定连接有与密封膜相匹配的切割台，在连接件进行装配安装的过程中，切割台可以将密封膜切割开，使得中轴管内芯内部的部分与中轴管管身内管相连通。

进一步的，所述恒温层的外壁和中轴管管身的内壁均固定连接有磨砂层，且恒温层的外壁与中轴管管身的内壁相接触，中轴管管身与恒温层之间的磨砂层可以使恒温层不易在中轴管管身内转动，同时在中轴管管身与恒温层之间留有间隙，在中轴管管身管出现破裂时外界的空气和液态水等物质可以从中轴管管身与恒温层之间的间隙向内渗入。

进一步的，所述中轴管与连接件之间采用超声波焊接工艺进行焊接，超声波焊接工艺表面焊接疤痕较小，且不易出现焊接瑕疵，不易在外力的作用使焊接端快速失效。

进一步的，其制备方法的主要流程为：

s1、热压成型，在经过选料、配料、混合等过程后，对陶瓷胚件进行热压成型，制得中轴管和连接件的粗成品；

s2、管件预处理，对中轴管和连接件进行预处理，对中轴管和连接件的外壁进行抛光处理，而对中轴管的内壁进行磨砂处理，光滑的外壁可以有效降低空气气刃对中轴管和连接件外壁的伤害，使中轴管和连接件的外壁不易被气刃切割出表面裂纹；

s3、管件成型，在中轴管的内壁和连接件的外壁上分别开凿相互匹配的定位槽、滑槽和定位楔块，其中通过定位楔块与定位槽和滑槽之间的匹配可以完成中轴管和连接件的快速预拼装；

s4、管件拼装，将中轴管内芯插接在中轴管内，在利用连接件将中轴管的两端密封，将定位楔块对准定位槽后，将凸柱插入中轴管管身内；

s5、管件焊接，利用超声波焊接技术奖中轴管与两个连接件焊接在一起，利用超声波焊接工艺将中轴管与两个连接件进行无缝焊接，减小中轴管与连接件之间的焊接瑕疵，使中轴管与连接件的焊接处不易出现断裂的事故。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案模仿飞行鸟类的骨骼，将航天用陶瓷件分为主受力段（中轴管）和连接段（连接件）两个部分，分开制造，然后拼装在一起，大幅降低加工难度，易于工件的标准化，而中轴管内部中空的结构可以大幅减小陶瓷件自身的重量，通过向中轴管内插入轻质的泡沫状混合物，在中轴管表面出现裂纹并迅速发展后，不易导致中轴管直接断裂，与此同时，泡沫状混合物内部预掺杂的细菌在空气和水分的共同作用下复苏，以泡沫状混合物为饵食进行正常的生长，产生的代谢废物碳酸盐，可以快速填充中轴管的裂痕，对中轴管进行临时修补。

附图说明

图1为本发明的结构分解图；

图2为本发明的中轴管管口处的结构示意图；

图3为图2中a处的结构示意图；

图4为本发明的连接件的结构示意图，

图5为本发明的中轴管内芯的结构示意图；

图6为本发明的中轴管出现裂纹时的结构示意图；

图7为本发明的中轴管裂纹扩散后的结构示意图；

图8位本发明的中轴管裂纹修补后的结构示意图；

图9位本发明的中轴管和连接件制作的主要流程图。

图中标号说明：

1中轴管、101中轴管管身、102扰流槽、103强化杆、104定位槽、105滑槽、2连接件、201密封头、202凸柱、203切割台、204定位楔块、3中轴管内芯、301泡沫状混合物、302保温层、303恒温层、304修补填充物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-5，一种应用航天领域的陶瓷件及其制备方法，包括中轴管1，所述中轴管1内插接有中轴管内芯3，所述中轴管1的两端固定连接有一对连接件2，其中，中轴管1为陶瓷件的主体，而连接件2则为中轴管1的密封端，同时连接件2也是中轴管1的连接端，中轴管1可以通过连接件2与外物连接，所述连接件2包括密封头201，所述密封头201靠近中轴管1的一端固定连接有与中轴管1内壁相匹配的凸柱202，所述凸柱202的侧壁上固定连接有定位楔块204，密封头201为密封端，而凸柱202为预连接端，方便工作人员在焊接前进行预连接，定位楔块204则是预连接的定位装置，所述中轴管管身101的管口内壁上开凿有与定位楔块204相匹配的定位槽104，所述中轴管管身101的内壁上开凿有与定位楔块204相匹配的滑槽105，所述中轴管内芯3包括有泡沫状混合物301，所述泡沫状混合物301的外壁包裹有保温层302，所述保温层302的外壁包裹有恒温层303，所述恒温层303的两端管口处均固定连接有密封膜，密封膜将恒温层303内部密封，使泡沫状混合物301内镶嵌的芽孢乳杆菌芽孢不会提前复苏，不易导致泡沫状混合物301提前失效，而保温层302则是用于在中轴管管身101表面为出现裂痕时维持中轴管管身101内部的温度，使中轴管管身101内部温度不易因海拔的原因而过低，不易导致芽孢乳杆菌芽孢致死，而恒温层303则是在中轴管管身101表面出现裂痕时直接起作用，尽可能的维持中轴管管身101内部的温度。

其中上述结构中中轴管1可以类比于正羽的羽轴，而连接件2则可类比于羽毛的羽根，连接件2即使中轴管1的密封件，同时也是中轴管1的连接件，而中轴管1内插接的中轴管内芯3则可以类比于羽轴内部泡沫状物质，中轴管内芯3在减轻中轴管1质量的同时，可以增加中轴管1的强度，使中轴管1不易在外力的作用下发生弯折直接断裂。

请参阅图2-5，所述中轴管管身101的外壁上开凿有多组扰流槽102，所述扰流槽102的两侧壁之间固定连接有多个强化杆103，扰流槽102具有扰流作用，使扰流槽102表面不易生成稳定的气刀，不易在中轴管管身101的表面划出划痕，而强化杆103则具有强化的作用，使扰流槽102内不易在气流的作用下划出裂痕，所述泡沫状混合物301的主体部分为杆状乳酸钙固体物，而杆状乳酸钙固体内填充有芽孢乳杆菌的芽孢，芽孢乳杆菌的芽孢为芽孢乳杆菌的休眠体，而在芽孢乳杆菌正常生长的过程中以乳酸钙为饵食，生成碳酸钙固体，用于缝补中轴管管身101表面出现的裂纹，所述芽孢乳杆菌的芽孢外层包裹有水溶性胶囊，水溶性胶囊可以分割芽孢乳杆菌的芽孢和杆状乳酸钙固体物，所述泡沫状混合物301主体部分的杆状乳酸钙固体整体呈海绵状，装有芽孢的水溶性胶囊嵌于状乳酸钙固体的间隙中，呈海绵状的杆状乳酸钙固体可以大幅降低自身的质量，减轻陶瓷件的自身重量，所述杆状乳酸钙固体物内掺有黄色微米级的荧光色素，荧光色素会随着芽孢乳杆菌的繁殖而迁移，使得芽孢乳杆菌形成带有荧光的菌落。

特别的，应用于航天领域的陶瓷件并非都是图1中所示的管状件，也可以为片状、l型等，陶瓷件的外形并不影响其本身的制作流程和使用效果。在中轴管管身101的表面出现裂纹后，此请参阅图6，由于中轴管管身101本身为空心结构，在中轴管管身101持续受到外力的作用的情况下，中轴管管身101内会出现应力集中的现象，中轴管管身101上的裂纹会快速发展到图7所示的状态，此时中轴管管身101内部会与外界相连通，外界空气夹杂水蒸气会从裂纹处渗入中轴管管身101内，由于中轴管管身101内壁和恒温层303外壁均为磨砂面，因此空气可以在中轴管管身101内自由移动，在当空气穿行到泡沫状混合物301处时，由于恒温层303的作用，中轴管内芯3内部的整体温度高于外界温度，空气中夹杂的水蒸气液化成水滴，流到泡沫状混合物301处，液态的水滴流到泡沫状混合物301处会溶解嵌在泡沫状混合物301内的水溶性胶囊，使内部的述芽孢乳杆菌的芽孢暴露出来，在空气、水和养料（杆状乳酸钙固体物）的共同作用下，芽孢乳杆菌的芽孢开始复苏，并迅速繁殖，芽孢乳杆菌生产过程产生的代谢物为修补填充物304碳酸盐，可以迅速堵住中轴管管身101上的裂纹，并在一定程度上起到粘连的作用，临时修复中轴管管身101表面的裂纹，而杆状乳酸钙固体物内掺杂的黄色微米级的荧光色素也会随着荧光色素会随着芽孢乳杆菌的繁殖和代谢而迁移，使得芽孢乳杆菌形成带有荧光的菌落，方便地勤工作人员进行地勤维护和检测。

请参阅图3-4，所述凸柱202远离密封头201的一端固定连接有与密封膜相匹配的切割台203，在连接件2进行装配安装的过程中，切割台203可以将密封膜切割开，使得中轴管内芯3内部的部分与中轴管管身101内管相连通，所述恒温层303的外壁和中轴管管身101的内壁均固定连接有磨砂层，且恒温层303的外壁与中轴管管身101的内壁相接触，中轴管管身101与恒温层303之间的磨砂层可以是恒温层303不易在中轴管管身101内转动，同时在中轴管管身101与恒温层303之间留有间隙，在中轴管管身101管出现破裂时外界的空气和液态水等物质可以从中轴管管身101与恒温层303之间的间隙向内渗入，所述中轴管1与连接件2之间采用超声波焊接工艺进行焊接，超声波焊接工艺表面焊接疤痕较小，且不易出现焊接瑕疵，不易在外力的作用使焊接端快速失效。

进一步的，其制备方法的主要流程为：

s1、热压成型，在经过选料、配料、混合等过程后，对陶瓷胚件进行热压成型，制得中轴管1和连接件2的粗成品；

s2、管件预处理，对中轴管1和连接件2进行预处理，对中轴管1和连接件2的外壁进行抛光处理，而对中轴管1的内壁进行磨砂处理，光滑的外壁可以有效降低空气气刃对中轴管1和连接件2外壁的伤害，使中轴管1和连接件2的外壁不易被气刃切割出表面裂纹；

s3、管件成型，在中轴管1的内壁和连接件2的外壁上分别开凿相互匹配的定位槽104、滑槽105和定位楔块204，其中通过定位楔块204与定位槽104和滑槽105之间的匹配可以完成中轴管1和连接件2的快速预拼装；

s4、管件拼装，将中轴管内芯3插接在中轴管1内，在利用连接件2将中轴管1的两端密封，将定位楔块204对准定位槽104后，将凸柱202插入中轴管管身101内，实现中轴管1与两个连接件2之间的预连接，方便后续的焊接工作；

s5、管件焊接，利用超声波焊接技术奖中轴管1与两个连接件2焊接在一起，利用超声波焊接工艺将中轴管1与两个连接件2进行无缝焊接，减小中轴管1与连接件2之间的焊接瑕疵，使中轴管1与连接件2的焊接处不易出现断裂的事故。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。