Estructura compuesta que tiene núcleo de armazón cerámico y método para fabricar la misma.

Un método para preparar una estructura (20) compuesta cerámica que comprende las etapas de:

(A) formar un núcleo (22) que incluye un armazón cerámico (25) que tiene una pluralidad de vástagos (28)formados por fibras cerámicas (34) que se mantienen en un aglutinante rígido;

(B) retirar el aglutinante de los extremos de los vástagos para exponer las fibras cerámicas;

(C) doblar los extremos de los vástagos, y

(D) unir una lámina de caras (24, 26) a los extremos de los vástagos.

Estructura compuesta que tiene núcleo de armazón cerámico y método para fabricar la misma.

Campo de la invención La presente divulgación se refiere generalmente a estructuras compuestas cerámicas y trata más particularmente de una construcción compuesta de tipo sándwich que tiene un núcleo de armazón cerámico y un método de preparación de la misma.

Antecedentes El documento US 2005/0025948 divulga una estructura laminada compuesta que incluye una primera lámina de cara que tiene una pluralidad de capas de pliegue; una segunda lámina de cara que tienen una pluralidad de capas de pliegue; y una pluralidad de agrupamientos de fibras de 3 D que se extiende desde la primera capa hasta la segunda capa, y se integra en una pluralidad de capas de pliegue de la primera lámina de cara y la segunda lámina de cara en al menos una dirección Z-X.

El documento US 6.291.049 divulga una estructura de sándwich que incluye un núcleo que tiene superficies opuestas de parte superior y parte inferior, una pluralidad de vástagos discretos dispuestos a través del núcleo y que se extienden más allá de las superficies superior e inferior del núcleo, una lámina de cara sobre la superficie de núcleo superior y una lámina de cara sobre la superficie de núcleo inferior. Los extremos de cada vástago se doblan y se pliegan entre las respectivas superficies y las láminas de cara. También se divulga un núcleo reforzado para una estructura de sándwich que no tiene láminas de cara unidas al mismo. También se divulga un método para preparar dicho núcleo reforzado y estructuras de sándwich completas que incluyen dicho núcleo.

El documento US 2002/0144767 divulga un método y aparatos para formar una estructura laminada compuesta reforzada con fibras afianzada en el eje Z y sometida a pultrusión. Se tira automáticamente de las capas superior e inferior y el núcleo a través de una herramienta en la cual se humedece el material de capas con resina y se preconforma el laminado compuesto con su espesor final aproximado. Se sigue tirando del laminado compuesto preconformado en una máquina automática de deposición de fibras de 3 dimensiones en el eje Z que deposita "agrupamientos de filamentos de fibras" en ubicaciones múltiples en la dirección normal con respecto al plano de la estructura laminada compuesta y corta cada agrupamiento individual de manera que quede una extensión de cada "agrupamiento de filamentos de fibra" por encima de la capa superior y por debajo de la capa inferior. Posteriormente, se continua tirando del laminado compuesto pre-conformado en una segunda estación de humedecido. A continuación, el laminado compuesto preconformado viaja al interior de un troquel de pultrusión donde todos los "agrupamientos de filamentos de fibras" se doblan por encima de la capa superior y por debajo de la capa inferior produciendo un refuerzo de fibras afianzado en el eje Z a medida que se tira del laminado compuesto, se cataliza y se cura en la sección trasera del troquel de pultrusión. Se sigue tirando del laminado compuesto por medio de pinzas que posteriormente lo introducen en una máquina CNC que se sincroniza con la velocidad de tirado de las pinzas y donde tienen lugar las operaciones de maquinizado computerizado, perforación y corte.

Se pueden usar las estructuras compuestas cerámicas de matriz (CMC) en aplicaciones aeroespaciales y otras debido a su capacidad para soportar temperaturas de operación relativamente elevadas. Por ejemplo, se pueden usar las estructuras CMC para fabricar partes sometidas a gases de combustión de temperatura elevada en las aplicaciones para aviones. Un tipo de estructura CMC emplea una construcción de sándwich en la cual se unen dos láminas de cara CMC a un núcleo. En una construcción de sándwich, se puede reforzar el núcleo por medio de una serie de vástagos CMC de tipo armazón que se extienden a través del espesor del núcleo y que penetran en las láminas de cara. Estos vástagos proporcionan trayectorias de carga a lo largo de las cuales se transfieren cargas de compresión, tracción y/o cizalladura entre las láminas de cara. No obstante, la capacidad de transporte de carga de esta construcción anterior de armazón es limitada, debido a la resistencia de unión limitada entre los extremos de los vástagos y los pliegues de las láminas de cara, especialmente cuando las láminas de cara son relativamente finas.

Se puede aumentar la resistencia de unión entre los vástagos CMC y las láminas de cara si pudieran doblar los extremos de los vástagos de manera que se extiendan en dirección paralela a las láminas de cara, proporcionando una mayor área de unión. No obstante, esta solución no es viable, ya que los vástagos CMC son relativamente frágiles y se pueden romper si se intentan doblar los extremos de los mismos.

Por consiguiente, es necesario una estructura de CMC que tenga un núcleo de armazón cerámico que exhiba mejores propiedades de unión entre el núcleo y las láminas de cara. Se pretende que las realizaciones de la divulgación satisfagan esta necesidad.

Sumario De acuerdo con la presente invención se proporciona un método para preparar una estructura compuesta cerámica y la propia estructura cerámica compuesta de las reivindicaciones adjuntas.

Una estructura CMC incluye una construcción de sándwich que tiene un núcleo reforzado de armazón cerámico. Se logra una unión superior entre el núcleo y las láminas de cara doblando los extremos externos de los vástagos CMC formando el armazón. Doblando los extremos de los vástagos CMC, se proporciona una mayor área de unión entre los vástagos y las láminas de cara, mejorando de este modo la capacidad de transmisión de carga del núcleo. Se pueden doblar los extremos de los vástagos CMC retirando el material de la matriz de los extremos de los vástagos que dobla las fibras cerámicas. Cuando se ha retirado el material de la matriz, el resto de fibras cerámicas son relativamente flexibles, lo que las permite doblarse de manera que se extienden en la dirección paralela y se pueden unir con las superficies planas de las láminas de cara.

De acuerdo con una realización del método divulgada, se puede fabricar una estructura compuesta cerámica por medio de etapas que comprenden: formar un núcleo que incluye un armazón cerámico que tiene una pluralidad de vástagos formados por fibras cerámicas que se mantienen en un aglutinante rígido; retirar el aglutinante de los extremos de los vástagos para exponer las fibras cerámicas; doblar los extremos de los vástagos; y unir una lámina de cara a los extremos de los vástagos. Se puede formar el armazón cerámico insertando los vástagos en un vehículo de tal modo que los extremos de los vástagos sobresalgan del vehículo. Posteriormente, se retira el aglutinante de los extremos por medio de proceso de ataque químico, pulverización o ablación. Se pueden aplicar los pliegues de las láminas de cara al núcleo, penetrando en los extremos de los vástagos antes de retirar el material de aglutinante de los extremos de los vástagos. Tras la retirada del material de aglutinante, se pueden unir las fibras cerámicas expuestas de los vástagos a los pliegues, o entre los pliegues, de las láminas de cara.

De acuerdo con otra realización del método, se puede fabricar un núcleo de armazón cerámico en una estructura compuesta cerámica por medio de un proceso que comprende las etapas de: formar un armazón cerámico que usa una pluralidad de vástagos cerámicos compuestos, donde los vástagos cerámicos compuestos comprenden fibras cerámicas que se mantienen en una matriz; y retirar la matriz de los extremos de los vástagos para exponer las fibras cerámicas. Se puede formar el armazón insertando parcialmente los vástagos en una espuma de vehículo de manera tal que los vástagos cerámicos quedan expuestos. Se retira la matriz de los extremos de los vástagos de manera que únicamente queden las fibras cerámicas flexibles. Se pueden doblar las fibras cerámicas flexibles para conformar la superficie de las láminas de las caras a las cuales se puede unir el núcleo. Se puede retirar el aglutinante de la matriz de los extremos de los vástagos CMC por medio de varios procesos, incluyendo ataque químico, pulverización o ablación. Se puede aplicar una capa de material protector sobre el vehículo con el fin de proteger el vehículo durante el proceso de retirada de aglutinante de matriz.

De acuerdo con otra realización de método, se puede preparar una estructura compuesta cerámica por medio de etapas que comprenden: fabricar un núcleo, y unir una lámina de carga al núcleo por medio de unión de la lámina de cara a los extremos doblados y expuestos de las fibras cerámicas que forman parte del núcleo.... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una estructura (20) compuesta cerámica que comprende las etapas de:

(A) formar un núcleo (22) que incluye un armazón cerámico (25) que tiene una pluralidad de vástagos (28) formados por fibras cerámicas (34) que se mantienen en un aglutinante rígido;

(B) retirar el aglutinante de los extremos de los vástagos para exponer las fibras cerámicas;

(C) doblar los extremos de los vástagos, y

(D) unir una lámina de caras (24, 26) a los extremos de los vástagos.

2. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (A) incluye:

insertar (48) una longitud de reserva de vástago en el interior de un vehículo (30) , y cortar la longitud de la reserva de vástago de manera que los extremos de los vástagos queden expuestos.

3. El método de la reivindicación 2, donde la reserva de vástago se inserta en el interior de una capa de espuma.

4. El método de la reivindicación 1, que además comprende la etapa de:

(E) proteger una parte del núcleo durante la retirada del aglutinante en la etapa (B) por medio de aplicación de un revestimiento protector a la parte del núcleo.

5. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (B) se lleva a cabo por medio de ataque químico de los extremos de los vástagos.

6. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (B) se lleva a cabo por medio de pulverización de los extremos de los vástagos.

7. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (B) se lleva a cabo por medio de ablación.

8. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (C) se lleva a cabo por medio de:

poner en contacto la lámina de caras (24a, 24b) con las fibras cerámicas expuestas (34) y doblar las fibras cerámicas expuestas usando las láminas de caras.

9. El método de la reivindicación 1, donde la etapa (C) incluye unir las fibras cerámicas expuestas entre los pliegues de la hoja pre-impregnada cerámica.

10. El método de la reivindicación 1, que además comprende la etapa de:

(F) especificar y diseñar (80) de un sub-ensamblaje de un avión (94) que incluye la estructura compuesta.

11. El método de la reivindicación 1, que además comprende la etapa de:

(F) aprovisionar (82) el material usado para fabricar la estructura compuesta.

12. Una estructura (20) cerámica compuesta que comprende:

un par de láminas de caras (24, 26) cerámicas compuestas generalmente paralelas; y un núcleo (22) dispuesto entre y unido a las hojas de láminas, incluyendo el núcleo un armazón cerámico (25) , incluyendo el armazón una pluralidad de vástagos (28) cerámicos compuestos, incluyendo cada uno de los vástagos partes medias (28a) que se extienden generalmente en la dirección transversal de las láminas de caras, y partes distales (28b) que se extienden generalmente en dirección paralela y se unen a las hojas de las láminas de caras.

13. La estructura (20) cerámica compuesta de la reivindicación 12, donde:

al menos una de las láminas de caras (24, 26) incluye pliegues múltiples, y las partes distales (28b) de los vástagos (28) se intercalan entre los pliegues.

14. La estructura (20) cerámica compuesta de la reivindicación 13, donde al menos parte de los vástagos (28) se extiende de manera que los vástagos formen un ángulo de aproximadamente 30 grados con respecto a los planos de las láminas de caras (24, 26) .

15. La estructura (20) cerámica compuesta de la reivindicación 13, donde las partes distales (28b) de los vástagos

(28) se unen a las superficies opuestas interiores de las láminas de caras.

16. La estructura (20) cerámica compuesta de la reivindicación 13, donde el núcleo (22) además incluye una espuma estructural que rodea al armazón cerámico (25) .