[发明专利]一种波纹方管芯体夹层结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种波纹方管芯体夹层结构及其制备方法。本发明涉及复合结构材料技术领域。所述波纹方管芯体夹层结构由上面板、波纹方管芯体和下面板组成。本发明用波纹方管芯体取代直方管芯体，该结构是在直管芯体结构的基础上进一步提高其比强度、比刚度等力学特性，并使其在过渡流为主导的通道流动热传导系数增强50％以上，同时由于方管状芯体与上下面板的接触面积可根据剪切性能需要进行设计，不需要在芯体上加工专门焊接平台，从而简化了加工工艺。本发明的结构具有高比强度、高比刚度和优异的热传导特性，在航天航空、船舶、汽车、机械及土木工程领域具有广泛应用前景，尤其在具有热传导要求的承力结构中应用前景广阔。

【技术领域】

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种波纹方管芯体夹层结构及其制备方法，特别是一种具有多功能特性的复合材料。

【背景技术】

超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新型多功能材料。这类材料具有高孔隙率，其相应微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫材料和开孔泡沫材料，而后者包括二维点阵材料(如波纹结构、蜂窝结构等)与三维桁架结构(如金字塔结构、X型结构等)。

近年来，将具有多功能特性的轻质点阵结构应用于工程设计越来越受到工程界的青睐，如热传导性能、抗冲击性能、抗爆炸性能等。针对点阵结构抗爆性能的研究中，弗吉尼亚大学Wadley教授团队提出一种以水平交错排布的直方管作为芯体的夹层结构，该结构具有制备工艺简单的特点，但由于方管结构管壁容易发生欧拉屈曲，导致其承载性能和吸能效率较低。基于以上原因，在直方管结构的基础上，本发明采用波纹方管代替直方管，既可继承直管结构制备简单的特点，又能提高其承载性能与吸能效率，同时进一步可强化该结构的传热性能。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种兼具力学承载性能(比强度、比刚度、比吸能)和热管理功能的多功能复合材料。通过用波纹方管取代直方管而获得具有多功能特性的波纹方管芯体夹层结构。

本发明采用以下技术方案：

一种波纹方管芯体夹层结构，包括上面板和下面板，所述上面板和下面板之间设置有波纹方管芯体，所述波纹通道芯体由多个中空的波纹方管相互平行排列组成。

进一步的，所述波纹方管的波纹形状为正弦波纹。

进一步的，所述上面板和下面板的厚度不同。

进一步的，所述上面板、下面板和波纹方管均由不锈钢、铝合金或钛合金材料中的任一种制成。

一种波纹方管芯体夹层结构的制备方法，包括以下步骤：

S1、按正弦波纹将直方管折弯制成波纹方管；

S2、将平整过的板材切割成上面板和下面板；

S3、清洗所述上面板、下面板及波纹方管，放入烘干机内烘干备用；

S4、将多个所述波纹方管相互平行组装成波纹方管芯体，固定备用；

S5、将步骤S4所述波纹方管芯体与步骤S3所述上面板、下面板连接制成波纹方管芯体夹层结构。

进一步的，步骤S1中，所述波纹方管截面为正方形截面或长方形截面。

进一步的，步骤S4中，所述波纹方管按1～2倍管壁间距平行组装为波纹方管芯体。

进一步的，步骤S4中，相邻所述波纹方管间相位差为0°～180°。

进一步的，所述步骤S5中，保持真空度10-2～10-3Pa，以1℃/min速度自室温升至550～1200℃，采用高温钎焊将所述上面板、波纹方管芯体和下面板制成所述波纹方管芯体夹层结构，保温10min～60min，缓冷至室温。