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CN116670095B - 吸收结构 - Google Patents

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CN116670095B
CN116670095B CN202180076299.7A CN202180076299A CN116670095B CN 116670095 B CN116670095 B CN 116670095B CN 202180076299 A CN202180076299 A CN 202180076299A CN 116670095 B CN116670095 B CN 116670095B
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Abstract

本发明涉及设置在航空器上的主体(2)；至少一种过渡金属合金(3)，其位于主体(2)上并且由通过结合多个碳原子(C)和多个氮原子(N)的二维无机化合物组成；多个含有该过渡金属合金(3)的层(4)；由层(4)组成的至少一个阻挡涂层(5)，由于该层(4)的传导性，该阻挡涂层防止由于该层(4)的传导性将作用于该主体(2)上的电磁波导致的可能发生在该主体(2)的塑性和/或弹性变形并且针对塑性和/或弹性变形提供防护。

Description

吸收结构
技术领域
本发明涉及一种吸收结构，其被开发以对航空器(air vehicle)的闪电和/或电磁波袭击提供防护。
背景技术
确保航空器的安全性是非常重要的。作为安全措施之一的闪电防护系统设置有高导电性材料。闪电具有高载流容量。当在航空器的主体中使用诸如Al和Ti的材料时，整个航空器形成法拉第笼(Faraday cage)，使得闪电从表面流动。随着复合材料在航空器中的使用增加，由于复合材料的低电导率和热导率，航空器不足以抵抗闪电袭击。
为了在复合材料中提供闪电防护，诸如铝、铜、银的材料在复合结构的表面上用作网状物(mesh)，层压在纤维表面内部或通过金属化纤维表面而使用。这些材料大部分以膨胀网状结构的形式覆盖在表面上。尽管金属涂层具有良好的性能，但是由于金属涂层具有高密度比，它们在航空器中导致额外的重量。此外，在复合结构中使用的金属涂层通过与复合材料形成电偶(galvanic couple)而引起腐蚀。在这种情况下，结构零件可能被损坏。在此背景下，提出了在包含过渡金属合金(MXene)的复合部件的表面上使用模块化涂层设计。
在已知现有技术中包括的中国专利CN110972477中公开了一种MXene颗粒材料及其制备方法。据称，Ti3AlC2合金由MAX相的陶瓷粉末生产(在酸处理后，在分层生产的Mxene材料中)。
发明内容
由于根据本发明的吸收结构，可制造在航空器中具有相同电磁防护的较轻阻挡涂层结构。
本发明的另一目的是获得一种阻挡涂层，该阻挡涂层可以为由不同材料制成的航空器的主体提供适当的阻挡防护。
本发明的另一目的是与阻挡涂层的常规生产方法相比使腐蚀最小化。
本发明的另一目的是与防护涂层的常规生产方法相比允许更灵活且更快的生产。
为了实现本发明的目的而实现的且在权利要求1和其从属权利要求中限定的吸收结构包括设置在航空或航天器中的主体。它由至少两个层组成，这些层具有包含位于主体上的多个碳原子和多个氮原子的过渡金属合金(MXene)。它包括阻挡涂层，该阻挡涂层由主体上的多个层组成并且使得电磁波能够被衰减以便防护和/或防止由于电磁波冲击或闪电冲击而对主体的损害。
本发明的吸收结构包括阻挡涂层，该阻挡涂层由于位于该阻挡涂层内的层中的碳和氮原子的数目的差异而可逆地反应。它包括阻挡涂层，其中在每个随后的层中包含在层中的氮原子的数目减少，并且其中在每个随后的层中包含在层中的碳原子的数目增加。它包括阻挡涂层，该阻挡涂层使得能够进行热传递，这是由于以下事实：该阻挡涂层的温度由于电磁波冲击而增加，使得其氮原子的传导率随温度而增大，其中当该氮原子的传导率由于作为闪电冲击的结果的温度降低而降低时，该氮原子可逆地起作用。
在本发明的一个实施例中，吸收结构包括与主体直接接触的最后一层，因为具有比氮原子更多的碳原子的最后一层是最不受闪电冲击造成的热影响的那一层。它包括阻挡涂层，该阻挡涂层产生于与使用者所希望的防护一样多的层中，这是由于在第一层与最后一层之间存在多于一个中间层。它包括阻挡涂层，其中氮原子的数目从第一层到最后一层逐渐增加，并且其中碳原子的数目从第一层到最后一层逐渐减小。
在本发明的实施例中，该吸收结构包括阻挡涂层，该阻挡涂层通过逐渐减小Mxene结构中的氮原子而获得，并且提供电磁吸收以及从表面流动/引导闪电。
在本发明的实施例中，该吸收结构包括阻挡涂层，该阻挡涂层在每个层中具有相等数目的原子。每个层中的碳原子数和氮原子数的总和相等。
在本发明的实施例中，吸收结构包括由复合材料制成的阻挡涂层，该阻挡涂层不与航空器的主体形成电腐蚀偶联(galvanic corrosion couple)。
在本发明的实施例中，吸收结构是航空器中的控制表面(control surface)，例如主体、机翼或副翼(aileron)(前缘(leading edge))。
在本发明的实施例中，所述吸收结构包含过渡金属合金(MXene)，其为钛基合金。
在本发明的实施例中，吸收结构包含通过酸处理陶瓷基层状合金相(MAX)获得过渡金属合金结构(MXene)。它包括用于从通式Tx+1CxA MXene还原TxCy的蚀刻方法。
在本发明的实施例中，通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)或热处理方法提供所述吸收结构。它包括含有氮原子的层。
在本发明的实施例中，所述吸收结构包括由用户通过用盐混合物蚀刻预先确定所述含氮原子的层的导电率值。
在本发明的实施例中，所述吸收结构包括阻挡涂层，使用喷涂方法将所述阻挡涂层涂覆在所述主体上。
在本发明的实施例中，吸收结构包括由基于过渡金属合金的材料制成的粘合剂，例如糊料，其位于这些层之间并允许局部修复阻挡涂层。
在本发明的实施例中，该吸收结构包括阻挡涂层，该阻挡涂层由于含有氢原子和氧原子的层以及过渡金属合金(MXene)结构是亲水性的。
附图说明
在附图中展示了为了实现本发明的目的而实现的吸收结构，其中：
图1是第一层的示意图。
图2是最后一层的示意图。
图3是吸收结构的示意图。
图4是吸收结构的示意图。
图5是吸收结构的示意图。
图6是吸收结构的示意图。
在图中示出的所有部件单独地分配有参考标号，并且这些标号的相应术语在下面列出：
1.吸收结构
2.主体
3.过渡金属合金
4.层
401.第一层
402.最后一层
403.中间层
5.阻挡涂层
6.粘合剂
N.氮原子
H.氢原子
C.碳原子
O.氧原子
具体实施方式
所述吸收结构(1)包括设置在航空器上的主体(2)；至少一种过渡金属合金(3)，它位于所述主体(2)上并由二维无机化合物通过键合多个碳原子(C)和多个氮原子(N)构成；含有该过渡金属合金(3)的多个层(4)；由层(4)组成的至少一个阻挡涂层(5)，由于层(4)的传导性，该阻挡涂层防止可能由于将作用于该主体(2)上的电磁波而出现在该主体(2)上的塑性和/或弹性变形并针对所述塑性和/或弹性变形提供防护。
本发明的吸收结构(1)包含第一层(401)，其位于主体(2)上且具有含有比碳原子(C)更多的氮原子(N)的过渡金属合金(3)；以及最后一层(402)，该最后一层位于主体(2)上，使得它比第一层(401)更靠近主体(2)，并且具有包含比氮原子(N)更多的碳原子(C)的过渡金属合金(3)。
航空或航天器的主体(2)由具有过渡金属合金(3)(MXene)的多个层(4)组成，该过渡金属合金通过在主体(2)上添加碳原子(C)和氮原子(N)而形成。它包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层由在主体(2)上的层(4)组成并且衰减或防止电磁波，以便提供对抗损害的防护和/或消除损害，该损害是由电磁波冲击而可能发生在主体(2)上。
它包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层由于这些层(4)中的碳原子(C)和氮原子(N)的数目的差异而可逆地反应。它包括第一层(401)，该第一层含有比从主体(2)向外延伸的层(4)中的碳原子(C)更多的氮原子(N)。它包括最后一层(402)，该最后一层包含比从主体(2)向外延伸的层(4)中的碳原子(C)更少的氮原子(N)。它包括以集成方式接触主体(2)的最后一层(402)，因为与第一层(401)相比，具有比氮原子(N)更多的碳原子(C)的最后一层(402)是由于电磁波或闪电冲击而比第一层(401)较少受到热影响的那一层。它包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层由于以下事实而能够实现热传递：该阻挡涂层(5)的温度由于闪电冲击而增加，使得其氮原子(N)的传导率随着温度而增加，其中当该氮原子(N)的传导率由于闪电冲击导致的温度降低而降低时可逆地起作用。由于每个层(4)中的原子数量不同，因此在笼型系统中形成网状/多孔结构。因此，来自表面的电磁波的流动被加速。该阻挡涂层(5)(其温度随着该电磁波冲击而增加)提供了通过该氮原子(N)的热传递，该氮原子的传导性随着温度而增加。它包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层包括氮原子(N)的反向功能，当温度由于电磁波冲击而降低时，该氮原子的传导率降低。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括位于该第一层(401)与该最后一层(402)之间的多个中间层(403)；以及阻挡涂层(5)，其中氮原子的密度(N)从该第一层(401)朝向该最后一层(402)从每个层(4)到下一层(4)逐渐减小，并且其中碳原子的密度(C)从每个层(4)到下一层(4)逐渐增加。阻抗匹配是通过从每个层(4)朝向下一层(4)逐渐降低氮原子(N)密度并且从每个层(4)朝向下一层(4)逐渐增加碳原子(C)来实现的。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层由于在这些层(4)之间逐渐减少的氮原子(N)而吸收和引导电磁波。由于通过逐渐减少该过渡金属合金(3)结构中的氮原子(N)获得的阻挡涂层(5)，提供了电磁波吸收以及从表面流动/引导闪电。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层在每个层(4)中具有相等数量的原子。由于每个层(4)中的氮原子(N)和碳原子(C)的总数相等，所以每个层(4)中的空隙率相等。因此，散热快。由于在每个层(4)中碳原子(C)和氮原子(N)的总数相等，层(4)的尺寸是相同的。每个层(4)中的碳原子(C)的数目和氮原子(N)的数目的总和相等。因此，更轻的阻挡涂层(5)配备有高的空隙率。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括阻挡涂层(5)，所述阻挡涂层位于由热固性或热塑性增强复合材料制成的主体(2)上，并且使得能够与主体(2)不存在电腐蚀偶联(galvanic corrosion couple)。耐腐蚀性较高，这是因为在由热固性增强复合材料制成并且位于航空器上的主体(2)和与主体(2)整合的阻挡涂层(5)之间没有电腐蚀偶联。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括主体(2)，所述主体(2)为控制表面，例如航空器上的机翼或副翼。航空器上的主体(2)形成控制表面，诸如机翼和副翼。在这些区域上强烈地施加阻挡涂层(5)。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包含过渡金属合金(3)，其为钛基合金。过渡金属合金(3)是钛基合金，它与航空器上的主体(2)相容，并为航空器提供传导性和耐腐蚀性。虽然其与航空器主体(2)相容，但它也为航空器提供传导性和耐腐蚀性。通过使用含钛MXene并通过包含和嵌入原子层来改变原子层来调节传导性。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括由过渡金属合金(3)组成的层(4)，该过渡金属合金通过蚀刻基于陶瓷的层状合金相而获得。它包括用于从通式Tx+1CxA MXene还原TxCy的蚀刻方法。在处理层状合金相(MAX)的情况下，获得过渡金属合金(3)结构(MXene)。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包含通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)方法浸渍氮原子(N)获得的层(4)。将氮原子(N)浸渍到由蚀刻过程获得的过渡金属合金(3)(MXene)中，并且使该结构能够含有氮原子(N)。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括阻挡涂层(5)，其中由于使用含氟原子的盐混合物进行的蚀刻工艺，可以由使用者调整这些含氮原子(N)的层(4)的导电率值。通过用该盐混合物进行蚀刻，使得能够根据所希望的值调整含有氮原子(N)的每个层(4)的导电率值。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括通过喷涂方法施加在该主体(2)上的阻挡涂层(5)。通过喷涂方法，主体(2)的表面设有可以均匀和/或局部涂覆的阻挡涂层(5)。由于喷涂，其密度可以局部地增加，并且可以提供薄的阻挡涂层(5)。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括至少一种粘合剂(6)，例如糊剂，该粘合剂是由基于过渡金属合金(3)的材料本身制成的、位于两个层(4)之间并且允许局部地修复该阻挡涂层(5)。由于粘合剂(6)，可以在阻挡涂层(5)上进行局部修复。
在本发明的实施例中，吸收结构(1)包括阻挡涂层(5)，该阻挡涂层由于具有氢原子(H)和氧原子(O)的层(4)和过渡金属合金(3)是亲水性的。由于该阻挡涂层(5)的亲水性表面，该阻挡涂层(5)能够粘附到该主体(2)上。它包括氢原子(H)和氧原子(O)或氢氧化物结构(OH-)作为表面修整元件(surface finishing element)。由于亲水性阻挡涂层(5)，这些层(4)彼此粘附和与该主体(2)粘附变得更容易。

Claims (14)

1.一种吸收结构（1），包括设置在航空器上的主体（2）；至少一种过渡金属合金（3），其位于所述主体（2）上并且由通过结合多个碳原子和多个氮原子的二维无机化合物组成；多个包含所述过渡金属合金（3）的层（4）；由层（4）构成的至少一个阻挡涂层（5），由于所述层（4）的传导性，所述阻挡涂层防止由于作用于所述主体（2）上的电磁波而可能发生在所述主体（2）上的塑性和/或弹性变形并且针对所述塑性和/或弹性变形提供防护，其特征在于第一层（401），其位于所述主体（2）上并且具有包含比碳原子多的氮原子的过渡金属合金（3）；以及最后一层（402），其位于所述主体（2）上，使得它比所述第一层（401）更靠近所述主体（2），并且具有包含比氮原子多的碳原子的过渡金属合金（3）；位于所述第一层（401）和所述最后一层（402）之间的多个中间层（403）；以及阻挡涂层（5），其中从所述第一层（401）朝向所述最后一层（402）从每个层（4）到下一层（4）氮原子的密度逐渐降低，并且其中从每个层（4）到所述下一层（4）碳原子的密度逐渐增加；其中所述过渡金属合金（3）为Mxene。
2.根据权利要求1所述的吸收结构（1），其特征在于阻挡涂层（5），所述阻挡涂层（5）由于在所述层（4）之间逐渐降低的氮原子而吸收并引导所述电磁波。
3.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于阻挡涂层（5），所述阻挡涂层（5）在每个层（4）中具有相等数量的原子。
4.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于阻挡涂层（5），所述阻挡涂层（5）位于由复合材料制成的所述主体（2）上，并且能够与所述主体（2）不存在电腐蚀偶联。
5.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于主体（2），所述主体（2）是控制表面。
6.根据权利要求5所述的吸收结构（1），其特征在于，所述控制表面为航空器上的机翼或副翼。
7.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于过渡金属合金（3），所述过渡金属合金（3）是钛基合金。
8.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于由过渡金属合金（3）组成的层（4），所述过渡金属合金（3）是通过蚀刻陶瓷基层状合金相获得。
9.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于通过由化学气相沉积或物理气相沉积方法浸渍氮原子获得的层（4）。
10.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于阻挡涂层（5），其中由于使用盐混合物进行蚀刻过程，使用者可以调节包含氮原子的所述层（4）的电导率值。
11.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于通过喷涂方法施加在所述主体（2）上的阻挡涂层（5）。
12.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于，至少一种由基于过渡金属合金（3）的材料本身制成的粘合剂（6），所述粘合剂（6）位于两个层（4）之间并且允许局部地修复所述阻挡涂层（5）。
13.根据权利要求12所述的吸收结构（1），其特征在于，所述粘合剂（6）为糊剂。
14.根据权利要求1或2所述的吸收结构（1），其特征在于阻挡涂层（5），由于具有氢原子和氧原子的层（4）连同所述过渡金属合金（3），所述阻挡涂层是亲水性的。
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