專利名稱：一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的包容機(jī)艙外殼，尤其涉及一種具有夾層結(jié)構(gòu)的包容機(jī)艙。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，大型商業(yè)噴氣飛機(jī)通常都采用了大推力渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，該類型的渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)都使用了大尺寸的風(fēng)扇葉片，最大的風(fēng)扇葉片直徑可達(dá)3m，工作時(shí)風(fēng)扇葉尖處的切線速度超過450m/s，未來渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，渦輪風(fēng)扇葉尖的切線速度會(huì)更高。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片受外物撞擊損傷或高頻率振動(dòng)疲勞等的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)葉片斷裂故障。斷裂葉片具有很高的能量，如果葉片擊穿發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙，由于飛機(jī)的油箱與發(fā)動(dòng)機(jī)緊挨在一起，會(huì)引發(fā)油箱爆炸造成災(zāi)難性事故。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造，必須考慮發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的包容能力。目前的防護(hù)裝甲一般都是雙層設(shè)計(jì):外層由較硬的材料構(gòu)成，通常為陶瓷；而內(nèi)層則為柔性材料，如鋁或者kevlar纖維。陶瓷材料通常經(jīng)過復(fù)合硬化表面處理，即在陶瓷表面涂一定量的樹脂玻璃纖維或者kevlar材料來提高其抗沖擊性，裝甲結(jié)構(gòu)中外層氧化鋁陶瓷內(nèi)層kevlar纖維是常見的組合?，F(xiàn)有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)包容機(jī)艙有如下三種，第一種是由高強(qiáng)度合金鋼制成的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，鋼鐵材料的強(qiáng)度和韌性都很好，這種機(jī)匣防護(hù)效果較好，但是材料的密度高，不符合航空部件輕質(zhì)化的要求；第二種是由鋰合金、鎂合金、鋁合金和鈦合金等輕金屬材料制成，這類輕金屬材料強(qiáng)度和韌性差，雖然密度小，但是防護(hù)效果不佳；第三種是在鋰合金、鎂合金、鋁合金和鈦合金等輕金屬材料制成的圓環(huán)上纏繞玻璃纖維、kevlar纖維和碳纖維等高強(qiáng)度纖維，使用環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺等高分子樹脂材料為粘結(jié)劑固化后形成的纖維纏繞復(fù)合材料包容機(jī)匣，這種機(jī)匣具有重量輕、防護(hù)效果好的特點(diǎn)，是大推力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片包容機(jī)匣的首選。樹脂為基的復(fù)合材料的使用溫度有很大的局限。在長(zhǎng)時(shí)間使用的條件下，環(huán)氧樹脂一般不超過200°C，正在發(fā)展的聚酞亞胺的也不超過300°C 350°C。即使在較低的溫度下，樹脂基的彈性模量和強(qiáng)度也不高，在大的負(fù)荷應(yīng)力下容易開裂。特別是單向復(fù)合材料的層間強(qiáng)度決定于基體，而樹脂基的強(qiáng)度低。雖然可以通過纖維交叉排列來改善偏軸方向的性能，但又會(huì)使軸向性能削弱，致使復(fù)合材料的特點(diǎn)得不到充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點(diǎn)和弊端，本發(fā)明提供一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的包容機(jī)艙，呈圓筒狀，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括重量比100:6:4:2:1或100:8:3:4:1的氧化錯(cuò)、氧化鎂、氧化韓、氧化釔和氧化鋪。優(yōu)選地，所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比100:6:4:2:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下、33MPa壓力下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。優(yōu)選地,所述氧化錯(cuò)陶瓷材料采用重量比100:8:3:4:1的氧化錯(cuò)、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下、33MPa壓力下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。優(yōu)選地，所述機(jī)艙從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,金屬層的厚度1.5mm 5mm,內(nèi)層陶瓷層的厚度IOmm 20mm,外層陶瓷的厚度5mm 10mm。優(yōu)選地，所述機(jī)艙從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,內(nèi)層金屬層的厚度
2.5mm 6mm,陶瓷層的厚度15mm 25mm,外層金屬層的厚度0.5mm 1.0mm。由于本發(fā)明中采用了高韌性、多孔氧化鋯陶瓷材料，根據(jù)本發(fā)明的包容機(jī)艙具有非常優(yōu)異的抗沖擊性能，同時(shí)具有低密度性。而且本發(fā)明中采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，消除了樹脂纖維不適應(yīng)高溫的缺點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的發(fā)動(dòng)機(jī)包容機(jī)艙具有夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)。其中的金屬層例如采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷材料是一種高韌性多孔的氧化鋯陶瓷。所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比100:6:4:2:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比100:8:3:4:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨
5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。所述夾層結(jié)構(gòu)是在70(TC 1750°C溫度下，通過活性鑄接工藝、粉末燒結(jié)工藝或活性金屬釬焊工藝將金屬層、纖維層和陶瓷層焊接在一起。本發(fā)明中所述的活性金屬釬焊工藝的一種方式為:將活性金屬釬焊材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中，慢速升溫到800°C 850°C，保溫15 20分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng)的金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中所述的活性鑄接工藝是指在高溫下，通過所述物理或化學(xué)方法減小金屬熔體的表面張力，使其能夠在陶瓷表面濕潤(rùn)并凝固，從而使金屬和陶瓷焊接在一起。本發(fā)明所述的粉末燒結(jié)工藝的一種方式是:將粉末燒結(jié)材料均勻涂刷在要結(jié)合的金屬層、纖維層和陶瓷層表面，并將它們放置在一起，先在烘箱中將有機(jī)溶劑烘干，然后放置在真空電爐中，升溫到1650°C 1750°C，保溫150分鐘，隨爐冷卻，即可獲得結(jié)合良好的纖維增強(qiáng)金屬/陶瓷層狀復(fù)合材料防護(hù)板。在一個(gè)實(shí)施例中，通過活性金屬釬焊工藝、活性鑄接工藝和粉末燒結(jié)工藝制造的一種圓筒層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000_ 4000mm,金屬層的厚度1.5mm 8mm,陶瓷層的厚度25mm 30mm。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過活性金屬釬焊工藝、活性鑄接工藝和粉末燒結(jié)工藝制造的一種圓筒層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,內(nèi)層金屬層的厚度2.5mm 6mm,陶瓷層的厚度15mm 25mm,夕卜層金屬層的厚度0.5mm 1.0mm。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過活性金屬釬焊工藝、活性鑄接工藝和粉末燒結(jié)工藝制造的一種圓筒層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料可以是單層纏繞也可以是多層纏繞，如果多層纏繞，優(yōu)選地多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,金屬層的厚度1.5mm 5mm,內(nèi)層陶瓷層的厚度IOmm 20mm,外層陶瓷的厚度5mm 10mm。前述關(guān)于氧化鋯陶瓷的不同實(shí)施例與上述三個(gè)關(guān)于包容機(jī)艙的具體實(shí)施例可以進(jìn)行組合。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容和所掌握的本領(lǐng)域技術(shù)對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做出替換或變型，但是這些替換或變型都不應(yīng)視為脫離本發(fā)明構(gòu)思的，這些替換或變型均在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的包容機(jī)艙，呈圓筒狀，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括重量比100:6:4:2:1或100:8:3:4:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鋪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包容機(jī)艙，其特征在于所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比100:6:4:2:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1750攝氏度的溫度下燒結(jié)1.8小時(shí)，總升溫時(shí)間為8小時(shí)；再以220舒適度每小時(shí)的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包容機(jī)艙，其特征在于所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比100:8:3:4:1的氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰，加入與前述多種成分總重等重的蒸餾水，在球磨機(jī)中球磨5.5個(gè)小時(shí)，然后干燥、造粒、成型，于1600-1700攝氏度的溫度下燒結(jié)2.0小時(shí)，總升溫時(shí)間為9小時(shí)；再以230攝氏度每小時(shí)的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時(shí)，而后再次自然冷卻至室溫即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的包容機(jī)艙，其特征在于所述機(jī)艙從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,金屬層的厚度1.5mm 5mm,內(nèi)層陶瓷層的厚度IOmm 20mm,外層陶瓷的厚度5_ 10mnin
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的包容機(jī)艙，其特征在于所述機(jī)艙從內(nèi)到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯(cuò)設(shè)置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個(gè)整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm 4000mm,內(nèi)層金屬層的厚度2.5mm 6mm,陶瓷層的厚度15mm 25mm,外層金屬層的厚度0.5mm 1.0mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的包容機(jī)艙，呈圓筒狀，包括夾層結(jié)構(gòu)，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復(fù)合材料制成，具有至少一個(gè)金屬層/纖維層/陶瓷層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應(yīng)的合金材料，纖維層采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔和氧化鈰。本發(fā)明的包容機(jī)艙硬度高、韌性好、質(zhì)量輕，具有很好的抗沖擊性能，可廣泛的應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)B64D29/00GK103158876SQ201310065119
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者狄睿, 狄春保 申請(qǐng)人:溧陽市科技開發(fā)中心