[发明专利]钛合金/碳纤维复合材料耐压舱及其制作工艺

说明书

本发明公开了一种钛合金/碳纤维复合材料耐压舱及其制作工艺。所述耐压舱包括舱体和端盖，所述舱体与端盖固定连接并在内部围合形成一密闭的收容空间，所述舱体由钛合金/碳纤维复合材料形成，并且，所述舱体上设置有第一连接部，所述端盖上设置有第二连接部和第三连接部，所述第一连接部与所述第二连接部固定连接且密封配合，以及，至少所述第三连接部的部分还延伸设置在所述舱体内部且与所述舱体密封配合。本发明提供的一种耐压舱的端盖的部分延伸到舱体内胆的内部且与其内壁相贴合，从而降低了两个接触面的应力集中，从而可以为第一连接部提供更大的支撑面，进而提高了整体的结构强度。

技术领域

本发明涉及一种深海潜航器的耐压舱，特别涉及一种钛合金/碳纤维复合材料耐压舱及其制作工艺，属于海洋设备技术领域。

背景技术

目前，随着陆地资源的日渐匮乏，研究深海资源开放成为热点，深海资源勘查技术正向着大深度、近海底的方向发展。21世纪中叶，人类将进入开发利用海洋的新时代，海洋资源对人类社会可持续发展越来越重要，在对环境影响最小的前提下，大力发展深海开发技术有着十分重要的意义，开发一种深海潜水器尤为重要。深海潜水器系统中，耐压舱的设计制造是关系到潜水器体积、重量、安全性等性能指标的重要因素。随着海水深度的增加，传统的金属材料耐压舱的质量体积比不断增加，潜水器需要更多的浮力材料来抵消自身的重量，进而造成潜航器重量、体积越来越庞大。在此背景下，研究使用轻质、高强度和高稳定性的耐压舱成为潜航器实现全海深目标的关键部件。

复合材料是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，一般由增强材料和基体材料组成。复合材料耐压舱壳体由于其低密度、高强度、高模量、可设计性等优点已应用于水下耐压舱壳体的制造。其中碳纤维增强树脂基复合材料通常以树脂为基体，以碳纤维织物为增强体，具有密度低、热膨胀系数小、比热容高、比强度高、比刚度高、耐腐蚀及可设计性等优点，得到了广泛的运用。碳纤维复合材料一般通过模压成型技术、层压成型技术和缠绕成型技术制备。其中缠绕成型技术具有制备纤维体积含量高、可改变纤维缠绕角度和生产效率高的优点，适用于圆柱体、圆筒形等回转体构件的制备。传统的深海潜航器耐压舱主要采用锻钢、铝合金、钛合金等金属材料制作，技术相对成熟。使用碳纤维复合材料制作的耐压舱，重量比同尺寸的金属耐压舱减少40％～60％，可以搭载更多的科学仪器和人员。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钛合金/碳纤维复合材料耐压舱及其制作工艺，该型耐压舱的结构更加合理可靠，且通过该制作工艺制作的耐压舱的各项性能优异，可以适用于深海的各种复杂的服役环境，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明一方面提供了一种钛合金/碳纤维复合材料耐压舱，包括舱体和端盖，所述舱体与端盖固定连接并在内部围合形成一密闭的收容空间，所述舱体由钛合金/碳纤维复合材料形成，并且，所述舱体上设置有第一连接部，所述端盖上设置有第二连接部和第三连接部，所述第一连接部与所述第二连接部固定连接且密封配合，以及，至少所述第三连接部的部分还延伸设置在所述舱体内部且与所述舱体密封配合。

本发明另一方面还提供了所述的钛合金/碳纤维复合材料耐压舱的制作工艺，包括：

制作舱体的步骤：提供筒状的舱体内胆，并在舱体内胆上铺设和/或缠绕环氧树脂增强的复合碳纤维，从而形成包覆舱体内胆的舱体碳纤维层；在舱体碳纤维层表面制作包覆舱体碳纤维层的舱体防护层；

制作端盖的步骤；

将端盖固定在舱体两端，且使所述端盖与舱体密封结合，从而在所述端盖与舱体内部围合形成一密闭的收容空间。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明提供的一种耐压舱的结构合理高效，通过使用比强度高的碳纤维复合材料作为舱体碳纤维层的主要材料，在保证强度和稳定性的条件下，可以有效降低耐压舱的重量和体积，提高材料的利用率；