制备由复合材料制成的弯曲蜂窝结构的方法_2

文档序号:9239382阅读:来源:国知局
的材料)制成的蜂窝型网格结构或网格体。本发明的网格结构 具体可用于声衰减系统和/或用作夹心型组件中的减重结构元件(加固件)。
[0040] 更具体但非穷举地,本发明的网格结构可由热结构复合材料制成,所述热结构复 合材料即具有好的机械性能并能在高温保持这些性能的复合材料。典型的热结构复合材料 有:由用碳基质致密化的碳纤维加强件形成的碳/碳(C/C)复合材料,和由用陶瓷基质(至 少部分)致密化的耐火纤维加强件(碳或陶瓷制成)形成的陶瓷基质复合(CMC)材料。CMC 的示例有:C/SiC复合材料(碳纤维加强件和碳化硅基质)、C/C-SiC复合材料(碳纤维加 强件和包含碳相(一般离纤维较近)和碳化硅相的基质),和SiC/SiC复合材料(均由碳化 硅制成的基质和强化纤维)。可在强化纤维和基质之间置入相间层,以改善材料的机械强 度。
[0041] 图1显示具有由壁12限定的多个网格单元11的网格结构10,各网格单元11沿着 Z轴(下文中称为"网格单元轴")垂直延伸。在图1所示的实施方式中,网格单元11为菱形。 然而,本发明的网格结构的网格单元可为各种几何形状,例如六边形、正方形、Flexicore? 型形状等。网格结构10的形状沿着方向Dc弯曲。前述示例中,网格结构10的形状为圆柱 的部分。然而,本发明的网格结构可为其他形状,例如:圆锥型;和/或在不同方向上有一种 或多种弯曲形状。
[0042] 根据本发明,网格结构的制造由形成可延展纤维结构起始,所述纤维结构形成所 述网格结构的纤维加强件,所述纤维结构在Jacquard型织机上通过多层或三维(3D)编织 获得,其上具有在多层纱中排列的经纱束,所述经纱通过炜纱互连,反之亦然。
[0043] 根据习惯并为了方便,在说明书和附图中所示的经纱从其路径偏斜,从而连接炜 层或多个炜层的炜纱。然而,经炜间的作用可相互交换,并且应理解为被本发明所覆盖。
[0044] 图2显示用于构建网格结构10的纤维加强件的可延展纤维结构100。结构100具 有多个非互联区域110,其延伸通过纤维结构的厚度并且通过互联部分120彼此隔开。如下 详述,互联部分对应于纤维结构中经纱层被炜纱互联的部分,然后这些部分对应于网格结 构中网格单元壁之间的连接部分。
[0045] 一种多层编织纤维结构100的技术以图解方式示于图3A和3B,其分别为多平面 型编织的两个连续编织平面的放大图,显示部分炜纱。在该实例中,结构100具有六层炜纱 Tl~T6,其以对应于网格结构的网格单元轴的Z方向延伸(图1)。在图3A和3B中,各层 炜纱由经纱C1-C6互连,各属于相应的经纱层之一。纤维结构的厚度,以及后续通过延展所 述结构100而形成的单元的高度,以方向Z延伸,并且通过由经纱编织在一起的炜纱的长度 (即图3A和3B的平面的重复数量)所确定。结构100的长度和宽度分别由每层炜纱(X方 向)的数量和编织的炜纱层的数量(Y方向)确定。
[0046] 出于简化目的,显示六层经纱和六层炜纱。当然,视希望获得的纤维结构的维度 (宽度和厚度)而定,该结构可由更多经纱和炜纱的层制成,尤其是为了增加纤维结构中Y 方向的网格单元数量时。同样地出于简明原因,仅显示22根炜纱,以显示如何制备两个相 邻的菱形网格单元,如图3A所示。当然,每层的炜纱数量可以更大,以增加纤维结构中X方 向上的网格单元尺寸。
[0047] 互连部分111~117在炜纱的两个相邻层的纱之间形成。这些互连部分限定了其 间的非互连121-128区域,一旦纤维结构展开,其形成网格单元的部分或全部。
[0048] -旦制成可延展的纤维结构100,其即用包含确定材料(如陶瓷)的有机前体的液 体组合物浸渍。为此,纤维结构在包含树脂的浴(通常是用于该树脂的溶剂)中浸没。排 干后,织构在炉中干燥。干燥需要在中等温度进行,以保持纤维结构的充分可变形性。可采 用其它已知的浸渍技术,例如使所述纤维结构通过连续浸渍器、通过输注浸渍、或甚至通过 树脂传递模塑(RTM)浸渍。
[0049] 有机前体通常是聚合物形式,例如树脂,其可在溶剂中稀释。仅作为示例,陶瓷的 液体前体(使用CMC复合材料时),尤其是针对SiC时,可为聚碳硅烷(PCS)树脂、聚硅氧烷 (PSX)树脂、含钛聚碳硅烷(PTCS)树脂或聚硅氨烷(PSZ)型树脂。
[0050] 然后纤维结构可经过干燥或预固化(预聚合)。
[0051] 此时,纤维结构可通过例如压力喷水或通过激光进行切割,从而匹配一个或多个 确定尺寸。因此可调节最终网格结构的高度、长度和/或宽度。
[0052] 如图4所示,接着,浸渍的纤维结构100在呈弯曲形状的支持工具50上延展,所述 弯曲形状对应于待制造网格结构的最终形状。在当前描述的示例中,支持工具50是圆柱 形,并且具有粧51,用于使所述结构100在工具50上保持位置。
[0053] 在纤维结构100已延展并在工具50上成形后,使浸渍纤维结构100的树脂聚合 化,以使其具有一定程度的机械强度,使其能够在操作期间保持其形状。这产生图1所示的 网格结构10。当纤维结构100用陶瓷前体树脂浸渍时,网格结构可在聚合后经历惰性气体 下的热解处理,从而将聚合物基质转化为陶瓷。
[0054] 此时,网格结构仍呈多孔性,该多孔性可通过已知的致密化技术降至确定水平,所 述致密化技术如化学气相渗透法(CVI)、聚合物浸渍和热解(PIP)、或用浆料浸渍(浆料浇 铸),例如含SiC和有机粘结剂的浆料,然后用液体硅渗透(浸渗)。
[0055] 图5A和5B分别是适于制备纤维结构200的两个连续编织平面的放大图,其一旦 延展即形成六边形网格单元,显示部分炜纱。在该实施例中,结构200具有六层炜纱T1-T6, 以对应于网格结构的网格单元轴的Z方向延伸。在图5A和5B,各层炜纱通过经纱C1-C6互 连,各属于相应的经纱层。相对于前述纤维结构100,纤维结构200的厚度,以及后续通过延 展所述结构而形成的网格单元的高度,以方向Z延伸,并且通过由经纱编织在一起的炜纱 的长度(即图5A和5B的平面的重复数量)所确定。结构200的长度和宽度分别由每层炜 纱(X方向)的数量和编织的炜纱层的数量(Y方向)确定。
[0056] 根据希望获得的纤维结构的维度(宽度和厚度),该结构可由更多经纱和炜纱的 层制成,尤其是为了增加纤维结构中Y方向的网格单元数量时,而每层的炜纱数量同样可 更多,从而增加纤维结构的X方向上的网格单元尺寸。
[0057] 部分211~217的互连在炜纱的两个相邻层的纱之间形成。这些互连部分限定了 非互连221~228的区域,一旦纤维结构展开,其各形成网格单元。
[0058] 上述纤维结构用平行于网格单元轴(0° )的炜纱和垂直于网格单元轴的经纱 (90° )进行编织,如图1所示,炜纱101平行于网格单元11的Z轴而经纱102垂直于网格 单元11的Z轴。但是,炜纱和经纱可相对网格单元轴具有不同取向。若需要经纱和炜纱的 方向相对网格单元轴不同时,即炜纱不平行于网格单元轴而经纱不垂直于网格单元轴,则 互联部分在平行于各系列编织平面之间的炜纱层的方向上以一根或多根炜纱偏移,互联部 分所偏移的炜纱的数量是网格单元的纱和轴之间所需角度的函数。
[0059] 具体示例中,纤维结构编织成炜纱和经纱相对于网格单元轴具有45°取向,因而 使纤维结构在其延展时经过更大的形变,因而提高弯曲表面上的良好成形。图6显示该取 向,其显示网格结构30的网格单元31,其中壁的炜纱301和经纱302相对网格单元30轴的 取向为45°。
[0060] 图7A-7L显示能制备与上述结构100类型相同的纤维结构300的编织平面,即,适 于形成菱形网格单元但其中经纱和炜纱相对于各网格单元轴具有45°取向的纤维结构。纤 维结构300的编织与结构100的编织的不同之处在于,每两个平面的两个炜纱之间的互连 部分(在该实施例中以两根炜纱偏移)进行偏移,如图7
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