CN113071156B 调谐的多层材料系统和制造方法 （波音公司）

本公开涉及调谐的多层材料系统和制造方侧(1112)和与所述第一侧(1112)相对的第二侧(1122)被分散在所述金属基质材料(1110)的所2烧结金属基质材料具有在整个所述烧结金属基质材料上的从所述第一边缘到所述第二边第二中空微球层（1122其被分散在所述烧结金属基质材料的所述第二侧（1114以及一个或多个冷却通道，其位于所述烧结金属基质材料中并在所述其中，所述第一空间梯度和所述第二空间梯度是基于中空微一部分的密度不同于所述分级的多层复合物的第3.根据权利要求1或2所述的分级的多层复合物（1100其中，所述烧结金属基质材料3层复合物并且将至少一个层接合到分级的多层多层复合物并且将至少一个分级层接合到非分末的第一层中分散有第一中空微球；提供与第一粉末的第一层相邻的第二粉末的第二层；粉末的第一层中分散有第一中空微球；提供与第一粉末的第一层相邻的第二粉末的第二4[0013]图2A是被接合到单层结构以形成分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物[0014]图2B是被接合到分级的单层结构以形成分级的多层材料系统的非分级的多层复[0015]图3A是被接合到多层结构以形成分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物[0019]图6是根据本说明书的包括多层材料系统的交通工具的立体图，该多层材料系统[0028]图1是根据本说明书的多层复合物1100的示例的剖视图。多层复合物1100是包括金属基质材料1110的分级的多层复合物，金属基质材料1110具有第一侧1112和与第一侧1112的第一微球层1120和分散在金属基质材料1110的第二侧1114的第二微球层15层复合物1100关联的其他分级因子和任何分[0031]分级的多层复合物1100还包括被限定在第一微球层1120和金属基质材料1110的定在第二微球层1122和金属基质材料1110的第二侧1114的第二边缘1115之间的第二缓冲区域1140和第二缓冲区域1142确保在第一边缘1113和第二边缘1115附近没有可能导致弱[0032]图2A是被接合到单层结构1150以形成分级的多层材料系统1200的图1的分级的多[0033]尽管图2A的分级的多层材料系统1200是使用图1的分级的多层复合物1100形成复合物1260(即，大体均匀的多层复合物)。非分级的多层复合物1260包括金属基质材料[0035]在一些示例中，非分级的多层复合物1260包括金属基质材料1262的大体均匀成[0036]图3A是接合到多层结构以形成分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物多层结构以提供不同的分级的多层材料系统的图1的分级的多层复合物1100。不同的多层[0037]尽管图3A至图3E的分级的多层材料系统中的每一个是使用图1的分级的多层复合通道结构1310a(限定一个或更多个冷却通道1311a)和第一衬里片材1320a之间。该夹心结构进而被夹在环境障涂层1330a和蜂窝芯1340a之间。第二衬里片材1350a被设置在蜂窝芯6通道结构1310b(限定一个或更多个冷却通道1311b)和第一衬里片材1320b之间。环境障涂层1330b被设置在冷却通道结构1310b结构1310c(限定一个或更多个冷却通道1311c)集成。该集成结构被夹在第一衬里片材结构1310g(限定一个或更多个冷却通道1311g)集成。该集成结构被夹在第一衬里片材1320g和第二衬里片材1350g之间。该夹心结构进而被夹在第一蜂窝芯1340g和第二蜂窝芯涂层1330g被设置在第三衬里片材1377[0048]图6是根据本说明书的包括多层材料系统10的结构1的立体图。所示出的结构1是诸如高超音速飞行器这样的飞行器，但结构1不限于交通工具并且可包括例如诸如高超音[0050]图9是图6的多层材料系统10的另一示例的剖视图，并且图10是图9的调谐的多层材料系统的一部分的放大剖视图。如图9和图10中所示，多层材料系统10包括蜂窝夹心板[0051]图7至图10的多层材料系统10使得能够设计多功能且可调谐的结构，这些结构将优异的刚度和强度-重量比与诸如热保护和热管理这样的附加功能增强相结合。多层材料里片材120的密度。第一衬里片材110和第二衬里片材120的刚度通常大于蜂窝芯130的刚金属基质复合物；金属间物质；复杂浓缩合金/金属基质复合物(高熵合金/金属基质复合金属基质复合物；金属间物质；复杂浓缩合金/金属基质复合物(高熵合金/金属基质复合8包括被超塑成形并扩散结合到第一衬里片材110和第二衬里片材120的一个或更多个第三衬里片材132。超塑成形和扩散结合(SPF/DB)是用于形成复杂形状的中空蜂窝夹心板的技材110的熔点或热微结构稳定点大于蜂窝芯130的熔点或热微结构稳定点。在又一示例中，定点，蜂窝芯130的熔点或热微结构稳定点大于第二衬里片材120的熔点或热微结构稳定9[0062]第一衬里片材110可包括靠近蜂窝芯130的第一衬里层112和靠近多层复合物200衬里片材110还可包括在第一衬里层112和第二衬里层114中间的第三或另外的衬里层，其温的抵抗力较高的热侧以及对高温的抵抗力较多层复合物200的成分包括对第一衬里层112的性质有害的元素，并且第二衬里层114不包里片材110可以提供蜂窝夹心板110与多层复合物20空微球210可为多层复合物200提供轻质的特性以及绝缘、导电和/或噪声/冲击衰减性质。金属基质材料220可为多层复合物200提供耐久积除以中空微球210与金属基质材料220的总体积。中空微球210的较高体积分数增加了多[0072]在示例中，多层复合物200包括靠近第一衬里片材110的第一层202和靠近第一层夹心板100的第二衬里层114兼容，但第二基质224与蜂窝夹心板100的第二衬里层114不兼二衬里层114的成分包括对第二基质224的性质有害的元素，并且第二基质224不包括有害微结构稳定点超过用于处理第一基质222的温度，从而致使第一基质222和第二衬里层114[0077]在再一示例中，第二层204的热膨胀系数与第二衬里层11[0078]另外，第二基质224可以由成本较低或诸如较高的耐高温性这样的性能优异的材图9和图10示出了提供中空微球210的梯度空间分布的第一层202和第二层204，但可料想数比第一层202内第一中空微球212的体积分数大至少5优选地大至少大10更优选地大至少20甚至更优选地至少大50甚至更优选地至少大100％。因此，第一层202可具中第一中空微球212的体积分数较低的第一层202对于与第二衬里层114接合而言更具兼容里层112和第二衬里层114中间的熔点或热微结构稳定点。多层复合物200还可包括在第一[0081]尽管图9和图10将第一层202和第二层204示出为其中第一层202覆盖蜂窝夹心板100的表面并且第二层204覆盖第一层202的表面的大体平面层，但本说明书中包括第一层[0082]在另一示例中，第二层204内第二中空微球214的成分不同于第一层202内第一中第一层202可具有与第二层204不同的诸如绝缘、导电和/或噪声/冲击衰减性质这样的性[0083]在又一示例中，第二层204内第二中空微球214的尺寸不同于第一层202内第一中[0085]通过各种方法将蜂窝夹心板100和多层复合物200接合在一起以形成接头400，示头包括与蜂窝夹心板100相邻的第一铜焊层和与多层复合物200相邻的第二铜焊层，其中，第一铜焊层的热膨胀系数与蜂窝夹心板100兼容并且第二铜焊层的热膨胀系数与多层复合框620中提供与第一粉末的第一层相邻的第二粉末的第二层，第二粉末的第二层中分散有[0090]可按各种方式提供其中分散有第一中空微球212的第一粉末的第一层和其中分散[0091]可通过各种方法将第二粉末的第二层与第一粉末的第一层相邻地放置。在示例包括将第一粉末的第一层和第二粉末的第二层加热至热处理第二粉末的第二层在必要的应力下被烧结达必要的时间[0097]可按各种方式提供其中分散有第一中空微球212的第一粉末的第一层和其中分散[0098]可通过各种方法将第二粉末的第二层与第一粉末的第一层相邻地放置。在示例[0101]蜂窝夹心板100可采用先前描述的各种形式，并且可根据各种方法形成。在示例骤还包括在框746中在第一衬里片材110和第二衬里片材120之间提供一个或更多个第三衬里片材132以及在框748中将一个或更多个第三衬里片材超塑成形和扩散结合到第一衬里[0102]可通过多种方法来执行将烧结后的第一粉末的第一层接合到衬里片材和蜂窝芯分分级的铜焊接头将衬里片材和蜂窝芯中的至少一个与多层复合物200接合在一起，以形个的步骤包括提供与衬里片材和蜂窝芯中的至少一个相邻的第一铜焊层和与多层复合物应衬里片材和蜂窝芯中的至少一个与多层复合物200之间的热膨第一微球层1120中的微球基于第一空间梯度相对于彼此空间分布，并且(ii)第二微球层1122中的微球基于第二空间梯度相对于彼此空间分布，第二空间梯度不同于第一空间梯第一微球层1120之间；以及第二缓冲区域1142，其被限定在金属基质材料1110的第二侧1114的第二边缘1115和第二微球层1122之间；其中，第一缓冲区域1140和第二缓冲区域[0111]在就在前面的三个段落中的前两个中的任一个中描述的分级的多层复合物1100属基质材料1110包括成分分级的材料，(iii)第一微球层1120中的微球基于第一空间梯度第一微球层1120之间；以及第二缓冲区域1142，其被限定在金属基质材料1110的第二侧1114的第二边缘1115和第二微球层1122之间；其中，第一缓冲区域1140和第二缓冲区域选自整体或分级的金属衬里、整体或分级的陶瓷衬里、或整体或分级的金属-陶瓷混合衬方法包括将层1150接合到分级的多层复合物1100以提供多层材复合物1260包括多层复合物内的金属基质材料1262中的每一个包括可在诸如飞行器上的严格热机械载荷要求下操作的调谐的多层复合物或[0126]可在如图13中所示的飞行器制造和保养方法1000和如图14所示的飞行器1002的[0128]可在飞行器制造和保养方法1000的各阶段中的任一个或更多个期间采用图1的分将飞行器投入服役1014以及例行维护检修