CN105390210B - 具有提高的导电性的复合材料及其制造方法 - Google Patents

具有提高的导电性的复合材料及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105390210B
CN105390210B CN201510527524.0A CN201510527524A CN105390210B CN 105390210 B CN105390210 B CN 105390210B CN 201510527524 A CN201510527524 A CN 201510527524A CN 105390210 B CN105390210 B CN 105390210B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
magnetic field
host material
multilayer
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510527524.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105390210A (zh
Inventor
基思·丹尼尔·洪费尔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN105390210A publication Critical patent/CN105390210A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105390210B publication Critical patent/CN105390210B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
    • B29C70/882—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced partly or totally electrically conductive, e.g. for EMI shielding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B29C70/14—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat oriented
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/58—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres
    • B29C70/62—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres the filler being oriented during moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/001—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/105—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/202—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/208—Magnetic, paramagnetic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/02—Temperature
    • B32B2309/025—Temperature vs time profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/02—Lightning protectors; Static dischargers

Abstract

本发明涉及具有提高的导电性的复合材料及其制造方法。一种制造复合材料的方法可包括：提供渗透有粘性基质材料(218)的一层或者多层增强材料(216)，该粘性基质材料(218)掺杂有导电颗粒(220)。该方法可进一步包括施加磁场(340)，以将颗粒(220)布置在一个或者多个导电通路(350,354,358)上；以及固化基质材料(218)，以将通路(350,354,358)相对于增强材料(216)固定在适当位置上。

Description

具有提高的导电性的复合材料及其制造方法
技术领域
本公开涉及复合材料。更具体地，公开的实施方式涉及制造具有提高的导电性的复合材料的方法。
背景技术
复合材料通常由具有明显不同的物理或者化学性质的两种或者多种组成材料构成。通常，组成材料包括基质(或者粘结)材料(诸如，树脂(例如，热固型环氧树脂))和增强材料(诸如，多种纤维(例如，碳纤维))。当被结合时，组合材料通常产生具有不同于各种组成材料的特征的复合材料，即使组成材料在复合材料的最终结构通常保持独立且明显不同。
出于多种原因，复合材料是优选的。例如，复合材料可比传统材料的强度大和/或更轻。因此，通常使用复合材料制造诸如交通工具(例如，飞机、汽车、船只、自行车、和/或其部件)和非交通工具结构(例如，建筑物、桥梁、游泳池面板、淋浴室、浴缸、蓄水箱、和/或其部件)的各种物体。
诸如碳纤维增强聚合物(CFRP)的各种复合材料通常表现出相对较低水平的导电性，尤其通过其厚度的导电性较低。然而，在一些应用中，低水平的导电性并不是期望的。因此，存在对具有提高的导电性的复合材料及其制造方法的需求。
发明内容
复合材料可包括一层或者多层增强材料、基质材料、以及多个导电颗粒。该一层或者多层增强材料中的每种均可具有在z方向上的厚度。基质材料可渗透该一层或者多层增强材料。颗粒可被设置在基质材料中并且被非随机地布置以提供z方向上的增强传导性。
制造复合材料的方法可包括提供渗透有粘性基质材料的一层或者多层增强材料的步骤。基质材料可掺杂有导电颗粒。该方法可进一步包括施加磁场以将颗粒布置在一个或者多个导电通路上的步骤。而且，该方法可进一步包括将基质材料固化成大致固化状态以将该一个或者多个导电颗粒相对于该一层或者多层增强材料固定在适当位置上的步骤。
制造复合材料的另一种方法可包括提供包括多层增强材料和粘性基质材料的结构体的步骤。该多层增强材料可在z方向上堆叠在另一层的顶部。基质材料可掺杂有顺磁性导电颗粒并且可渗透该多层增强材料。该方法可进一步包括将磁场施加给该结构体以相对于z方向布置颗粒从而形成基本在z方向上延伸的一个或者多个导电通路的步骤。而且，该方法可进一步包括固化基质材料以大致将该一个或者多个导电通路相对于基质材料和多层增强材料固定在适当位置处的步骤。
本公开提供了各种复合材料及其制造方法。在一些实施方式中，方法可包括通过磁场将顺磁性颗粒布置成导电链；并且将这些链保持在适当位置处，直至将其中设置有颗粒的基质材料固化成大致固化状态，以将链相对于基质材料和多层增强材料固定在适当位置处。在一些实施方式中，颗粒可具有大于1的纵横比，以使得颗粒中的每个均具有比宽度大的长度。在一些实施方式中，增强材料可包括多个离散纤维。增强材料的相邻离散纤维之间的间隙可以比颗粒的长度宽，从而可允许颗粒中的一个或者多个在由所施加的磁场引起的布置过程中更容易地在间隙中转动。在一些实施方式中，通过基本在多层增强材料的堆叠方向上延伸，链可提高导电性。在其他实施方式中，通过基本垂直于堆叠方向或者在任何其他合适的方向上延伸，链可提高导电性。在本公开的各种实施方式中可以独立实现各种特征、功能、以及优点或者可以结合一些其他实施方式实现各种特征、功能、以及优点，并且参考下列描述和附图可以理解本公开的进一步细节。
附图说明
图1是包括多层增强材料和基质材料的复合材料的截面图，用于提高传导性的导电通路示意性地以虚双点线示出。
图2是描述掺杂有导电颗粒的粘性基质材料的示意图，与图1中所示的相似，粘性基质材料渗透类似于图1中所示的在z方向上堆叠的多层增强材料。
图3是描述通过所施加的磁场以形成基本在z方向上延伸的多个导电通路的颗粒的布置的示意图。
图4是示例性固化周期的示图，所述固化周期可以被实施为固化基质材料从而大致将导电通路相对于基质材料和增强材料固定在适当位置处。
图5是与图3相似的示意图，但描述了相对于增强材料被定位成彼此相对的多个螺线管产生的施加磁场，以将颗粒布置成导电通路的相似的结构。
图6是与图3相似的示意图，但描述了被配置为将颗粒布置在基本垂直于z方向上的方向上的施加磁场。
图7是描述了制造复合材料的方法的流程图。
图8是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。
图9是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。
图10是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。
图11是示出性数据处理***的各个部件的示意图。
具体实施方式
概述
下面描述了并且相关附图中示出了具有提高的导电性的复合材料及其制造方法的各种实施方式。除非另有规定，否则，材料(或者其制造方法)和/或其各种组分可包含但不要求包含本文所描述的、示出的、和/或结合的结构、组分、功能和/或变形中的至少一种。而且，本文结合本教导所描述的、示出的、和/或结合的结构、组分、功能和/或变形可被包括(但不要求)在其他相似复合材料(或者其制造方法)中。对各种实施方式的下列描述实质上仅为示例性的并且意不在通过任何方式限制本公开、其应用、或者用途。此外，如下所述，由实施方式提供的优点实质上为示例性并且并非所有的实施方式皆提供相同的优点或者相同程度的优点。
实例、组分、以及替换
下列实例描述了示例性复合材料(和/或其制造方法)的选择的方面。这些实例旨在为示例性并的且不应被解释为限制本公开的整体范围。每个实例均可包括一种或者多种不同的发明、和/或上下文或者相关信息、功能、和/或结构。
实例1：
该实例描述了包括多层(或者多个层)增强材料和基质材料的示例性复合材料100；见图1。
在该实例中，复合材料100包括基质材料102和增强材料118的第一层104、第二层106、第三层108、第四层110、第五层112、第六层114、以及第七层116。如图所示，层104、106、108、110、112、114、116在z方向(或者被堆叠方向、或者堆叠方向)D1上堆叠在彼此的顶部。此外，层104、106、108、110、112、114、116中的每层均可以在z方向D1上具有由基质材料102渗透的厚度。从图1可以推断，z方向D1可以是垂直于由多层增强材料中的一层限定的平面、垂直于由复合材料100限定的平面、和/或垂直于由前述任一个的局部限定的平面的方向。
基质材料102可以是用于渗透层104、106、108、110、112、114、116和/或将层104、106、108、110、112、114、116粘结在一起的任何合适材料。例如，基质材料102可以是诸如航天级环氧树脂(aerospace-grade epoxy resin)的热固型聚合物。
如图所示，增强材料118可以是纤维材料，诸如包括可以以带形结构设置的离散碳纤维的材料。具体地，纤维118可具有约5微米至7微米(μm)的直径，并且相邻纤维118之间的间隙可具有约1μm的宽度。在其他实施方式中，纤维材料可以诸如机织纤维的另一合适的结构设置。
在图1中，示出了包括相似增强材料、但围绕垂直平行于该示图的平面的轴相对于相邻的层旋转约45度的各层。具体地，层104的材料118可与该示图的平面大致形成45度角，层104中的每种纤维向右突出至该示图中并且向左突出至该示图之外。层106的材料118可围绕该轴相对于层104的材料118大致旋转45度，使得，层106的材料118大致垂直于该示图等。更具体地，层106的材料118可相对于层104的材料118角度位移约45度。层108的材料118可相对于层104的材料118角度位移约90度。层110的材料118可相对于层104的材料118角度位移约135度。层112的材料118可相对于层104的材料118角度位移约180度。层114的材料118可相对于层104的材料118角度位移约225度，并且层116的材料118可相对于层104的材料118角度位移约270度。
然而，在其他实施方式中，增强材料的各层可相对于彼此具有其他方位，和/或不同的层可包括不同类型的增强材料。例如，顶层和/或底层可以是由玻璃纤维制成的机织物层，或者中间层可包括由蜂巢状结构材料制成的增强材料。此外，其他实施方式可包括或更多或更少的层，诸如，120个层，或者仅一层。而且，其他实施方式可包括具有比所示的厚度更薄或者更厚的厚度的层。例如，一些实施方式可包括具有约为图1中所示的厚度的三倍的厚度的层。
尽管增强材料118可以适度地导电，然而，基质材料102可以是诸如聚合物树脂的介电材料。因此，复合材料100可以通过层104、108、110、112、1116的材料118在x方向(例如，相对于该示图的水平方向)上并且通过层104、106、108、112、114、116的材料118在y方向(例如，垂直于该示图的方向)上适度地导电。然而，可以使用介电基质材料102填充材料118的相邻部分(例如，纤维)之间的间隙，从而阻碍相邻部分之间的导电性，从而在z方向D1上产生相对较低的导电性。
在这样的配置中，施加在复合材料100上的电流不容易分散，从而导致对复合材料100的相关层的损坏。例如，施加在复合材料100的第一表面100a上的电流可以积聚在表面100a和/或层104附近的基质材料102中。而且，施加在复合材料100的第二表面100b上的电流可积聚在表面100b和/或层116附近的基质材料102中。
然而，如下面更为详细描述的，申请人已经发现例如通过对基质材料掺杂导电颗粒(例如，由顺磁性材料制成)，当基质材料具有相对较低的粘度时，将磁场施加给基质材料，以将颗粒布置在一个或者多个导电通路上，并且将基质材料固化成至少大致固化的状态，以将通路固定在适当位置处，可以提高在期望方向上的导电性。具体地，通过复合材料在z方向上的厚度形成这样的导电通路，诸如，以垂直虚双点线示意性描述的通路150、154(还参见图3和图5)，可减少电流密度。此外，形成在x和/或y方向(例如，层平面)上延伸的导电通路，诸如，以水平虚双点线示意性描述的通路160、164(还参见图6)，可增加流过特定层的电流量而不损坏该层的材料。
实例2：
见图2至图6，该实例描述了包括在z方向D2上堆叠的增强材料(例如，纤维216)的层202、204、206、208、210、212、214和掺杂有导电颗粒220的基质材料218的示例性复合材料200。
尽管出于简化示出之目的，在图2中示意性地描述了层202、204、206、208、210、212、214，然而，这些层可以在结构上与复合材料100的层相似。例如，每个纤维216可具有约5μm至7μm的直径，并且相邻纤维216之间的每个间隙均可具有相应的宽度W1，该宽度W1的尺寸可以为约1μm。
在该实例中，可对基质材料218加热，直至粘稠。颗粒220可以被混合到粘性基质材料218中(例如，当基质材料218处于大致液态状态时)，以生成掺杂的混合物222。颗粒220可由大致沿着磁场线排列的材料制成，诸如铝或锂的顺磁性材料等或者诸如铁的铁磁性材料等。应注意的是，尽管示出了基质材料218中的颗粒220的具体浓度，然而，这样的浓度可以被调适以在颗粒被布置(或者定向)时产生期望的增强的导电性，如将在下面进一步详细的描述的。例如，颗粒浓度可以是约0.01重量％至0.99重量％的范围内的任一值，但是，在一些实施方式中，根据所使用的材料及其具体应用，颗粒浓度可更高或者可更低。
在一些实施方式中，可以使用混合物222预浸渍或者预渗透层202、204、206、208、210、212、214中的一层或者多层，以产生一层或者多层预浸渍的增强材料(例如，掺杂“预浸材料”)。然后，将掺杂的预浸材料堆叠，随后，进行加热，以产生其中基质材料218为粘稠的(例如，具有相对低的粘度，以允许颗粒在其中移动)结构体224。
在其他实施方式中，可以其他方式提供结构体224。例如，在树脂转印成型实施方式中，层202、204、206、208、210、212、214中的一层或者多层可以堆叠在彼此的顶部上，并且然后，混合物222可以被涂覆至该叠层并且允许混合物222渗透层202、204、206、208、210、212、214，从而制备结构体224。
图3描述了装置300，装置300可包括用于相对于增强材料216和/或基质材料218布置、定向、和/或固定颗粒220的任何合适设备、***、结构、或者机构。例如，装置300可包括固化设备310、磁场生成设备320、以及数据处理***330。固化设备310可被配置为改变结构体224的温度，这可改变基质材料218的粘度。磁场生成设备320可被配置为产生具有用于在基质材料218具有适宜的低粘度(例如，在一个或者多个温度范围内)时布置颗粒220的场线344的磁场340。***330可被配置为控制和/或监控固化设备310和/或磁场生成设备320的一种或者多种相应功能，使得装置300能够至少部分地使磁场340的施加和来自固化设备310的对结构体224的能量的施加的匹配。
更具体地，固化设备310可被配置为将诸如热能和/或微波辐射的能量施加给结构体224。例如，固化设备310可以是其中可设置结构体224的高压釜。在美国专利申请序列号14/276,918中描述了固化设备310的背景实例。例如，微波发射外壳可被配置为将结构体224至少部分地封闭在固化区域内。在一些其他实例中，固化设备310不可从外部将能量施加给结构体244，但是，可以是添加到结构体224中用于产生适宜固化度的组合物。在一些实施方式中，真空袋可以被可操作地耦接至结构体224，以在从固化设备310将能量施加给结构体224的同时一起压缩结构体224中的成分。
通过设备310施加给结构体224的能量可被配置为根据诸如图4中描述的固化周期400的合适的固化周期增加、保持、和/或降低结构体224的温度。具体地，周期400可包括热上升阶段404、保持或维持阶段408、以及冷却阶段412。
通过固化设备310向结构体224施加能量可产生具有使颗粒220在其中移动的合适低粘度的结构体224。例如，阶段404可从诸如45摄氏度的结构体224的第一预定温度开始。在一些实施方式中，可以利用从固化设备310施加给结构体224的能量将结构体224加热至第一预定温度。在一些实施方式中，结构体224起初可由诸如热风器(其可以被用来将一层或者多层热粘着在适当位置处)的另一源加热。阶段404可包括以第一预定速率增加结构体224的温度，诸如，以约每分钟0.5摄氏度至3摄氏度的范围内的速率增加结构体224的温度。阶段404可继续，直至结构体224达到为基质材料218的固化(被固化)温度的第二预定温度，诸如，177摄氏度加或者减6摄氏度的温度。由于结构体224的温度从第一预定温度增加至第二预定温度，所以首先，基质材料218的粘度在阶段404的部分404a首先降低，然后，在第二预定温度附近，在阶段404的部分404b增加。在部分404a期间，基质材料218的粘度可足够低，以允许颗粒220在其中移动。在部分404b期间，基质材料218的粘度可足够高，以阻止颗粒在其中移动。例如，与部分404b相关联的温度范围可对应于基质材料218被大致固化至固化状态。
因此，在部分404a期间，磁场生成设备320可被配置为产生用于在基质材料218的粘度适当地低时布置颗粒220的磁场340。例如，如图所示，设备320可包括螺线管。螺线管可被设置在固化设备310内。然而，在其他实例中，诸如螺线管的线圈的磁场生成设备320的一个或者多个部分可被设置在设备310的外部或者可形成(或者设置在)固化设备310的一个或者多个壁部。如图所示，螺线管可被配置为例如通过电流以右手法则向下方向通过环绕结构体224的螺线管的导电线圈流动来产生具有场线344的场340。具体地，电流可通过图3中的右手边的导电线圈部分从该图中流出，并且通过与图3中的左手边相关联的导电线圈部分流入该图。因此，场线344可大致平行于z方向D2而延伸。此外，场线344可延伸穿过结构体224在z方向D2上的整个厚度。
具体地，在基质材料218的低粘度的一个或者多个时间段内，将场340施加给结构体224可使得颗粒220非随机地布置，以提供诸如在z方向D2上的增强导电性，如图所示。例如，与图2中所示的随机布置颗粒220(例如，颗粒具有相对正常的分布并且没有明显的净方向性)相比，磁场的施加可使相当比例的颗粒220有序处于具有一般方向性的非随机布置结构。具体地，场340的施加可导致各个颗粒220的磁偶极距，从而使得颗粒220的大部分基本沿着一个或者多个场线344布置(或者链接在一起)，以形成导电通路350、354、358。如图所示，在一些实施方式中，相当比例可以是50％以上，并且在一些情况下，可以接近100％。
如上所述，导电通路可提高导电性。例如，通路350、354、358中的每个均可包括颗粒220中彼此电接触(例如，物理接触)的两个或者多个。具体地，经由施加场340而布置颗粒220可将颗粒220的第一子集电互连为通路350，使颗粒220的第二子集电互连为通路354、并且使颗粒220的第三子集电互连为通路358。通路350、354、358可被设置在基质材料218中并且在正交于z方向D2的方向上彼此偏离。
如图所示，通路350、354、358可沿着场340的相应场线基本在z方向D2上延伸。通路350、354、358中的每个均可在两个或者多个离散隔开的纤维216之间(例如，各层中)延伸，并且在一些位置处至少部分卷绕(和/或接触)一个或者多个纤维216的至少一部分。而且，通路350、354、358中的每个均可延伸通过结构体224的各层的整体厚度T1的大部分。例如，通路350、354、358中的每个均可延伸通过整个厚度T1。然而，在一些实施方式中，通路可延伸通过小于整个总体厚度，并且在一些情况下，可延伸通过小于大部分或者整个厚度，但是，仍然提高了所得的复合材料的导电性(导电性)。
颗粒220可具有任何适当的尺寸以用于通过施加场340而在结构体224中定向。例如，大部分颗粒220均可具有小于相邻纤维隔开的间隙的宽度W1的长度L1，这可允许相应的颗粒在相邻纤维之间更自由地旋转和/或防止相应的颗粒积聚在相邻的纤维之间。此外，颗粒220中的每个(或者大多数)可具有大于一(1)的相应纵横比，这可增加各个相应颗粒所诱发的磁矩并且允许颗粒被所施加的磁场更容易地布置。具体地，可将相应颗粒的纵横比定义为相应颗粒的长度L1除以相应颗粒的正交于L1的另一尺寸(例如，宽度W2)。在一些实施方式中，纵横比可大于二(2)，如图所示，或者可以甚至更大。然而，在一些实施方式中，颗粒可以为具有约1/1的相应纵横比的大致球形或者立方体。
优选地，磁场生成设备320可产生并且施加场340，至少直至基质材料218达到大致固化状态(或者预定固化状态)，这可防止颗粒220中的一个或者多个因移动而不与相邻颗粒对齐。例如，一旦基质材料218达到大致固化状态，则通路可相对于增强材料216和基质材料218被固定在适当位置处，此时，磁场生成设备可被配置为停止产生(或者释放、或者去除)场340。
然后，固化设备310可将能量施加给结构体224，以完成部分404b，并且执行阶段408、412，并且由此完成固化结构体224，以形成包括固化基质材料218、增强材料216、以及固定通路350、354、358的所得复合材料。例如，阶段408可在结构体224达到第二预定温度时开始。阶段408可包括将第二预定温度(例如，加或者减6摄氏度)维持或者保持预定的时间段，诸如150至210分钟。将第二预定温度保持预定的时间段可使基质材料218适当地粘结至增强材料216和颗粒220。阶段412可在已经过去预定时间段之后开始。阶段412可包括以诸如小于或者等于3摄氏度/分钟的速率的第二预定速率降低结构体224的温度。第二预定速率可以是在不降低生成的复合材料的强度的情况下可以使结构体224的温度降低的最大速率。阶段412可继续，直至结构体224达到第三预定温度，诸如，60摄氏度或者以下的温度。一旦结构体224达到第三预定温度，则可释放真空袋内的压力，真空袋可以从固化结构体224去除，并且固化结构体224(例如，所得的复合材料)可以从装置300中去除并且进行检查。
然而，在一些实施方式中，设备320可被配置为在整个部分404b、阶段408的一个或者多个部分、和/或阶段412的一个或者多个部分将场340施加给结构体，如果在这些部分中的一个或者多个部分中使基质材料218的粘度降低，以使得颗粒220能够相对于基质材料218移动，则这是优选的。
如上所述，数据处理***330可被配置为控制和/或监控固化设备310和/或磁场生成设备320的一种或者多种相应功能。例如，***330可被配置为控制由固化设备310施加给结构体224的能量级；控制通过磁场生成设备320产生的磁场的强度和/或方向，以确定(或者估测)基质材料218的粘度；和/或基于确定(或者估测)粘度控制设备310、320中的一个或者多个。
具体地，一个或者多个温度上升和/或保持的序列可(例如，通过用户)被输入至***330中，诸如，对应于阶段404、408、412的序列。然后，***330可相应地控制固化设备310，以将能量施加给结构体224，从而执行阶段404、408、412。此外，***330可包括、存储、和/或运行被配置为确定(和/或估测)基质材料218的粘度何时足够低以允许颗粒220在其中移动(这可允许用户和/或***330确定何时开始施加场340和/或何时停止施加场340)的一个或多个软件应用(例如，Vancouver,B.C.的收敛制造技术TM的RAVEN仿真软件)。例如，软件应用可被配置为接收输入序列(例如，通过用户将序列输入到软件应用中，或者***330将该序列输入到软件应用中)。软件应用还可被配置为接收对应于结构体224的材料组分的数据。然后，软件应用可基于输入序列和/或接收的组分数据确定(或者估测)沿着固化周期400在一个或者多个(例如，每个)点处的基质材料218的固化程度和/或粘度，这可通知用户和/或***330在周期400期间何时施加场340和/或在周期400期间中何时停止施加场340。
***330可被配置为至少部分基于输入序列和/或接收的组分数据确定适于布置颗粒220的磁场强度。例如，所接收的组分数据可指示颗粒220包括具有约2.2×10-5和1.4×10-5的相应磁化率的铝和/或锂颗粒。此外，至少部分基于输入序列结合所接收的组分数据，***330可确定的是，为了形成通路，颗粒在其中基质材料具有约10泊(1Ns/m2)粘度的20分钟窗口过程中不得移动多于100微米。因此，基于这些确定和输入中的一个或者多个，***330可确定，约1.0T的场强度可适于将颗粒220布置在通路上，并且可相应地控制磁场生成设备320。然而，在一些实施方式中，其他场强度可能适合。例如，场340可具有约0.7T的强度，并且在一些情况下，甚至更低，其也可适于布置颗粒220。
在一些实施方式中，随着颗粒220的温度增加(例如，在阶段404期间)，相应颗粒220诱发的磁矩可略微减少。因此，***330可被配置为增加场340的强度，以补偿诱发磁矩的减少。
图5描述了同样包括用于相对于增强材料216和/或基质材料218布置、定向、和/或固定颗粒220的任何合适设备、***、结构、或者机构的装置500。例如，装置500可包括固化设备510、磁场生成设备520、以及数据处理***530，它们中的一个或者多个可在结构和/或功能上与相应的固化设备310、磁场生成设备520、以及数据处理***530相似。
更具体地，固化设备510可被配置为改变基质材料218的粘度，并且磁场生成设备520可被配置为产生并且施加磁场540、550。场540、550可具有相应的场线540a、540b和550a、550b，颗粒220可沿着场线540a、540b和550a、550b形成基本在z方向D2上延伸的相应的导电通路560、562、564、566。具体地，设备520可包括第一对基本对齐的螺线管570、574和第二对基本对齐的螺线管578、582。螺线管570、574可被设置成相对于结构体224彼此相对并且每个均可产生相应的磁场，当将每个螺线管产生的磁场组合在一起时，可形成场540。同样，螺线管578、582可被设置成相对于结构体224彼此相对，并且每个均可产生相应的磁场，当将每个螺线管产生的磁场组合在一起时，可形成场550。由被设置成相对于结构体224而彼此相对的螺线管产生一个或者多个磁场能够使装置500在相对大的复合材料结构体中布置通路，其中，螺线管的第一阵列和第二阵列被设置成相对于具体的结构体而彼此相对。例如，尽管此处仅示意性地示出了结构体224的一部分，然而，结构体224可具有约20米的长度和约10米的宽度、或者可具有其他相对较大的尺寸。例如，结构体224可用于制造商用飞机的层压复合机翼蒙皮面板。
与装置300相似，装置500可被配置为将颗粒220同时布置在导电通路上并且固化基质材料218。此外，例如，一旦基质材料218以与上面参考图3和图4描述的相似方式被固化成预定固化状态从而将通路固定在适当位置上时，装置500可被配置为停止施加磁场540、550。
图6描述了也同样包括用于相对于增强材料216和/或基质材料218布置、定向、和/或固定颗粒220的任何合适设备、***、结构、或者机构的装置600。例如，装置600可包括固化设备610、磁场生成设备620、以及数据处理***630、它们中的一个或多个在结构和/或功能上与固化设备310、510、磁场生成设备320、520、或者数据处理***330、530相似。然而，设备620可被配置为产生具有基本正交于z方向D2的场线的磁场640。将场640施加给结构体224可将颗粒220布置在导电通路660、662、664、666、668、670、672、674、676、678、680、682、684上。如图所示，这些通路可在基本正交于z方向D2的方向上延伸，从而可增强所得的复合材料在x和/或y方向上的传导性。
实例3：
参见图7，该实例描述了用于利用预浸材料(pre-preg)制造复合材料的方法。
图7是示出了在示例性方法中执行的步骤的流程图，并且没有陈述该程序的全部处理或者所有步骤。图7描述了以700整体示出的方法的多个步骤。尽管在下面以及图7中描述了方法700的各个步骤，然而，没必要执行所有的步骤，并且在一些情况下，可以不同于所示顺序的顺序来执行各个步骤。
方法700可包括加热基质材料直至基质材料具有相对低的粘度的步骤702以及将导电材料混合到低粘度基质材料中以产生掺杂的基质材料的步骤704。在一些实施方式中，导电材料可包括具有大于一(1)的纵横比的顺磁性颗粒。
方法700可进一步包括将掺杂的基质材料涂覆至增强材料(诸如，堆叠的碳纤维层)以制备预浸材料的步骤706。在一些实施方式中，制备预浸材料可包括允许掺杂的基质材料渗透堆叠的碳纤维层中，和/或允许基质材料的粘度增加，以使得基质材料基本上是固化的。
方法700可进一步包括使制备的预浸材料堆叠(例如，在掺杂有或者没有掺杂有顺磁性颗粒的预浸材料另一层上)的步骤708和加热堆叠的预浸材料直至掺杂的基质材料具有相对低的粘度的步骤710。在一些实施方式中，步骤710中的低粘度可对应于比步骤702中的相对低粘度低的粘度。例如，在步骤704，将导电颗粒混合到基质材料中可包括机械搅拌操作，其可以在基质材料“较厚”(例如，具有较高粘度)时执行，而诸如如下所述的布置导电颗粒可以在基质材料“较薄”(具有较低的粘度)时执行。具体地，步骤704中的基质材料704的较高粘度可以被配置为防止或者禁止导电颗粒“沉淀(settling)”在基质材料中。例如，步骤704中的基质材料704的较高粘度可以被配置为当导电颗粒被混合时保持导电颗粒悬浮在基质材料中。此外，步骤710中的掺杂基质材料的较低粘度可被配置为允许导电颗粒响应于施加的磁场在其中移动。例如，步骤710中的基质材料的较低粘度被配置为以允许导电颗粒在施加磁场期间在z方向(例如，如图3所示)上移动至导电链集中。
例如，方法700可进一步包括将磁场施加给堆叠的预浸材料以布置(或者链接在一起)导电材料(即，顺磁性颗粒)的步骤712。例如，施加磁场可将导电材料布置在一个或者多个导电通路上。在一些实施方式中，通路可基本在z方向上延伸。在其他实施方式中，通路可基本在正交于z方向的方向上延伸。
方法700可进一步包括将堆叠的预浸材料固化成大致固化状态以制备复合材料的步骤714和释放磁场的步骤716。例如，掺杂的基质材料的大致固化状态可将通路固定在适当位置处，并且步骤712、714可至少部分重叠，以防止导电材料在大致固化状态之前解链。
实例4：
参见图8，该实例描述了用于利用树脂转印成型制造复合材料的方法。
图8是示出了在示例性方法中执行的步骤的流程图，并且没有陈述程序的全部处理或者所有步骤。图8描述了整体以800表示的方法的多个步骤。尽管在下面以及图8中描述了方法800的各个步骤，然而，没必要执行所有的步骤，并且在一些情况下，可以不同于所示顺序的顺序执行各个步骤。
与方法700相似，方法800可包括加热基质材料直至基质材料达到预定相对低的粘度的步骤802和将导电材料混合(或设置)在低粘度基质材料中以制备掺杂的基质材料的步骤804。
方法800可进一步包括将掺杂的基质材料涂覆至一层或者多层增强材料的步骤806和允许掺杂的基质材料渗透一层或者多层增强材料从而形成复合材料的步骤808。
方法800可进一步包括将磁场施加至复合材料以布置导电材料(例如，布置在一个或者多个导电通路上)的步骤810和将复合材料固化至大致固化状态从而形成复合材料的步骤812。
方法800可进一步包括释放磁场的步骤814。在一些实施方式中，可在步骤812之前释放(或者去除)磁场。在其他实施方式中，可在步骤812期间释放磁场。在一些其他实施方式中，可在步骤812之后释放磁场。
实例5：
参见图9，该实例描述了一种制造复合材料的方法。
图9是示出了在示例性方法中执行的步骤的流程图，并且没有陈述该程序的全部处理或者所有步骤。图9描述了整体以900表示的方法的多个步骤。尽管在下面以及图9中描述了方法900的各个步骤，然而，没必要执行所有的步骤，并且在一些情况下，可以不同于所示顺序的顺序执行各个步骤。
在步骤902中，可以提供一层或者多层增强材料。该一层或者多层增强材料可渗透有粘性基质材料。粘性基质材料可掺杂有导电颗粒。该一层或者多层增强材料可包括在z方向上堆叠的至少两层纤维增强材料。基质材料可由介电材料制成。多数导电颗粒可由诸如铝或者锂等顺磁性材料制成。
在一些实施方式中，可以通过加热预浸材料来设置渗透有掺杂粘性基质材料的增强材料(例如，以与方法700中的步骤710相似的方式)。在其他实施方式中，可以通过转印树脂成型来提供渗透有粘性基质材料的增强材料(例如，以与方法800中的步骤802、804、806、808相似的方式)。
在步骤904，可施加磁场以将颗粒布置在一个或者多个导电通路上。所施加的磁场可使多个颗粒链接在一起以形成至少一个导电通路。例如，该至少一个导电通路可由多个颗粒被为电互连来表征。在一些实施方式中，基质材料可以适度地导电，在这种情况下，多个颗粒可以经由基质材料而电互连。
在一些实施方式中，施加磁场可包括通过被设置成相对于一层或者多层增强材料而彼此相对的至少一对螺线管产生磁场。产生的磁场可具有基本平行于z方向并且延伸通过至少两层纤维增强材料的场线。
在一些实施方式中，步骤904可包括施加磁场直至基质材料达到预定粘度。例如，当基质材料具有相对较低粘度时，可施加磁场，从而允许颗粒大致沿着场线而布置并且形成导电通路。然后，可通过粘度控制设备(例如，固化设备)将基质材料的粘度增加至预定相对高的粘度，从而大致防止颗粒扩散。通过施加磁场，直至(或者至少直至)基质材料达到预定相对高的粘度，可使通路中的不连续性最小化，从而进一步提高在希望方向上的导电性。
在步骤906，可将基质材料固化成大致固化状态，以大致将一个或者多个导电通路相对于一层或者多层增强材料固定在适当位置处。例如，步骤906可包括将热能施加给基质材料，以执行固化周期。
在一些实施方式中，可至少部分同时执行步骤904、906。例如，可施加磁场，直至(或者至少直至)基质材料被固化成固化状态。具体地，上述所述预定的相对高的粘度可对应于基质材料的固化状态。
方法900可进一步包括在将基质材料固化成固化状态之后去除磁场的步骤。例如，在基质材料达到固化状态之后，通过减少流过螺线管的电流，通过从靠近螺线管的附近去除复合材料(例如，由增强材料、颗粒、以及固化基质材料形成)，和/或通过从靠近复合材料的附近去除螺线管，可去除磁场。
实例6：
参见图10，该实例描述了一种用于制造复合材料的方法。
图10是示出了在示例性方法中执行的步骤的流程图，并且没有陈述程序的全部处理或者所有步骤。图10描述了整体以1000表示的方法的多个步骤。尽管在下面以及图10中描述了方法1000的各个步骤，然而，没必要执行所有的步骤，并且在一些情况下，可以不同于所示顺序的顺序执行各个步骤。
在步骤1002，可提供一种结构体。该结构体可包括多层增强材料和渗透多层增强材料的粘性基质材料。基质材料可掺杂有导电颗粒。该多层增强材料可在z方向上堆叠在彼此顶部。颗粒可由顺磁性材料制成。增强材料可包括彼此间隔开的多个离散纤维(例如，碳纤维)。基质材料可以是树脂。
在步骤1004，可将磁场施加给该结构体，以相对于z方向布置颗粒，从而形成大致在z方向上延伸的一个或者多个导电通路。例如，步骤1004可包括将颗粒的第一子集电互连为第一通路。第一通路可在两个或者多个离散间隔开的纤维之间延伸并且在z方向上延伸通过该多层增强材料的整个厚度的大部分。此外，步骤1004可包括将颗粒的第二子集电互连为第二通路。第二通路可被设置在树脂中、延伸通过整个总体厚度、并且在正交于z方向的方向上偏离第一通路。
在步骤1006，可使基质材料固化，以大致将通路相对于基质材料和多层增强材料固定在适当位置处。在一些实施方式中，可以执行步骤1004直至在步骤1006中将基质材料(例如，树脂)固化至预定的固化状态。
实例7：
参见图11，该实例描述了根据本公开的各方面的数据处理***1100。
在该示例性实例中，数据处理***1100包括通信构架1102。通信构架1102提供处理器单元1104、存储器1106、永久性存储器908、通信单元1110、输入/输出(I/O)单元1112以及显示器114之间的通信。存储器1106、永久性存储器1108、通信单元1110、输入/输出(I/O)单元1112、以及显示器1114是处理器单元1104经由通信构架1102访问的资源的实例。
处理器单元1104用于运行可加载到存储器1106中的软件指令。处理器单元1104可以是多个处理器、多处理器核、或者一些其他类型的处理器，视具体实施而定。此外，使用其中主处理器与辅助处理器共存在于单芯片上的多个异构处理器***(heterogeneousprocessor system)可以实施处理器单元1104。作为另一示例性实例，处理器单元1104可以是包含相同类型的多个处理器的对称多处理器***。
存储器1106和永久性存储器1108是存储设备1116的实例。存储设备是能够存储例如但不限于数据、函数形式的程序代码、以及临时性或者永久性的其他合适信息的信息的任一件硬件。
在这些实例中，存储设备1116还可被称之为计算机可读存储设备。在这些实例中，例如，存储器1106可以是随机访问存储器或者任何其他合适的易失性或者非易失性存储设备。永久性存储器1108可以为不同的形式，视具体实施而定。
例如，永久性存储器1108可包含一个或者多个部件或者设备。例如，永久性存储器1108可以是硬驱动、闪存存储器、可重写光盘、可重写磁带、或者上述的某种组合。永久性存储器1108使用的介质还可以是可移动的。例如，可移动式硬驱动可用于永久性存储器1108。
在这些实例中，通信单元1110提供与其他数据处理***或者设备的通信。在这些实例中，通信单元1110是网络接口卡。通信单元1110可通过使用物理和/或无线通信链路提供通信。
输入/输出(I/O)单元1112允许利用连接至数据处理***1100的其他设备输入和输出数据。例如，输入/输出(I/O)单元1112可提供连接以用于用户通过键盘、鼠标、和/或某一其他合适的输入设备进行输入。此外，输入/输出(I/O)单元1112可将输出发送至打印机。显示器1114提供将信息显示给用户的机构。
有关操作***、应用、和/或程序的指令可位于存储设备1116中，存储设备1116通过通信构架1102与处理器单元1104通信。在这些示出性实例中，指令为在永久性存储器1108上的函数形式。这些指令可被加载至存储器1106中，以用于由处理器单元1104执行。处理器单元1104利用位于诸如存储器1106的存储器中的计算机执行指令可执行不同实施方式的处理。
这些指令可被称为可由处理器单元1104中的处理器读取和执行的程序指令、程序代码、计算机可用程序代码、或者计算机可读程序代码。不同的实施方式中的程序代码被包含在不同的物理或者计算机可读存储介质上，诸如，存储器1106或者永久性存储器1108上。
程序代码1118以函数形式位于可选择性移动的计算机可读介质1120上并且可被加载到或者传输至数据处理***1100，以用于由处理器单元1104执行。在这些实例中，程序代码1118和计算机可读介质120形成计算机程序产品1122。在一种实例中，计算机可读介质1120可以是计算机可读存储介质1124或者计算机可读信号介质1126。
例如，计算机可读存储介质1124可包括被***或者放置到驱动或者作为用于传输至存储设备的永久性存储器1108的一部分的其他设备(诸如，硬驱动，即，永久性存储器1108的一部分)中的光盘或者磁盘。计算机可读存储介质1124还可为诸如硬驱动、拇指驱动、或者闪存存储器的连接至数据处理器***1100的永久性存储器形式。在一些情况下，不可从数据处理***1100移除计算机可读存储介质1124。
在这些实例中，计算机可读存储介质1124是用于存储程序代码1118的物理或者有形存储设备而非存储传播或者传输程序代码1118的介质。计算机可读存储介质1124还可被称为计算机可读有形存储设备或者计算机可读物理存储设备。换言之，计算机可读存储介质1124是人可以触摸到的介质。
可替代地，可使用计算机可读信号介质1126将程序代码1118传输至数据处理***1100。例如，计算机可读信号介质1126可以是包含程序代码1118的传播数据信号。例如，计算机可读信号介质1126可以是电磁信号、光学信号、和/或任何其他合适类型的信号。可以通过诸如无线通信链路、光学纤维电缆、同轴电缆、电线、和/或任何其他合适类型的通信链路的通信链路传输这些信号。换言之，在示例性实例中，通信链路和/或连接可以是物理或者无线的。
在一些示例性实施方式中，程序代码1118可以经由网络从另一设备被下载到永久存储器1108或通过计算机可读信号介质1126被下载到数据处理***以用在数据处理***1110中。例如，可从服务器经由网络将存储在服务器数据处理***中的计算机可读存储介质中的程序代码下载至数据处理***1100。提供程序代码1118的数据处理***可以是服务器计算机、客户端极端、或者能够存储和传输程序代码1118的某一其他设备。
示出的关于数据处理***1100的不同部件并不旨在对其中可实现不同实施方式的方式提供架构结构限制。可以在包括除示出的关于数据处理***1100的和/或代替示出的关于数据处理***1100的部件的数据处理***中实施不同的示出性实施方式。图11中所示的其他部件可不同于所示的示例性实施例。可使用任何硬件设备或者能够运行程序代码的***来实施不同的实施方式。例如，数据处理***1100可包括与无机部件集成的有机部件和/或可包括整个除人类之外的有机部件。例如，存储设备可包括有机半导体。
在另一示例性实例中，处理器单元1104可以为硬件单元形式，所述硬件单元具有被制造或配置用于特定用途的电路。这种类型的硬件可执行操作而不需要将程序代码从被配置为执行操作的存储设备加载至存储器。
例如，当处理器单元1104为硬件单元形式时，处理器单元1104可以是电路***、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备、或者被配置为执行多个操作的某一其他合适类型的硬件。设备被配置为利用可编程逻辑设备执行该多个操作。设备可在之后被重新配置为或者可永久性地被配置为执行该多个操作。例如，可编程逻辑设备的实例包括可编程逻辑阵列、场可编程逻辑阵列、场可编程门阵列、以及其他合适的硬件设备。利用这种类型的实施，因为在硬件单元中执行不同实施方式的处理，所以可以省去程序代码1118。
在又一示例性实例中，可以使用位于计算机中的处理器与硬件单元的组合来实施处理器单元1104。处理器单元1104可具有多个硬件单元和被配置为运行程序代码1118的多个处理器。通过该描述实例，一些处理可以在多个硬件单元中实施，而其他处理可以在多个处理器中实施。
在另一实例中，总线***可以使用来被用来实施通信构架1102，并且可包括一个或者多个总线，诸如，***总线和/或输入/输出总线。当然，可以使用提供附接至总线***的不同部件或者设备之间的数据传输的任何合适类型的结构来实施总线***。
此外，通信单元1110可包括传输数据、接收数据、或者传输和接收数据的多个设备。例如，通信单元1110可以是调制解调器或者网络适配器、两个网络适配器、或者其某种组合。此外，例如，存储器可以是存储器1106、或者是诸如位于接口中和存在于通信构架1102中的存储器控制器中的缓存。
本文所描述的流程图和框图示出了根据各种示例性实施方式的结构、功能以及***、方法和计算机程序产品的可能实施的操作。关于此，流程图或者框图中的每个框可代表包括用于实现具体的逻辑功能或者多个功能的一个或者多个可执行指令的模块、片段、或者代码的一部分。还应注意的是，在一些可替代的实施方式中，在框中标注的功能可不以附图中所标注的顺序发生。例如，顺序示出两个框的功能可以大致同时执行，或者有时可以相反顺序执行各个框的功能，视所包括的功能而定。
实例8
该部分描述了实施方式的其他方面和特征，作为一系列的段落存在而不是限制性的，为清晰和有效起见，其中一些或者全部以字母数字形式表示。这些段落中的每个段落可以任何合适的方式与一个或者多个其他段落组合和/或与本申请中的其他公开组合。在不限制某些合适组合的实例的情况下，下面段落中的一些明确提及并且进一步限制其他段落。
A0.一种复合材料，包括在z方向上具有厚度的一层或者多层增强材料；基质材料，基质材料，渗透该所述一层或者多层增强材料；以及多个导电颗粒，设置(或者分散)在基质材料中并且被非随机地布置以提供在z方向上的增强的传导性。
A1.根据段落A0所述的复合材料，其中，大部分比例的颗粒形成基本在z方向上延伸的一个或者多个导电链，其中，每个链包括彼此电接触的至少两个或者多个颗粒。
A2.根据段落A1所述的复合材料，其中，所述大部分比例为50％以上。
A3.根据段落A0所述的复合材料，其中，颗粒由顺磁性材料制成，并且链中的至少一个延伸穿过各层中的一个中包括的相邻纤维之间的间隙。
A4.根据段落A3所述的复合材料，其中，多数颗粒中的每个具有小于间隙宽度的长度。
A5.根据段落A4所述的复合材料，其中，每个颗粒具有大于1的相应纵横比，且纵横比被定义为相应颗粒的长度除以相应颗粒中正交于相应颗粒的长度的另一尺寸。
A6.根据段落A0所述的复合材料，其中，所述一层或者多层包括碳纤维的堆叠层。
B0.一种制造复合材料的方法，该方法包括提供渗透有掺杂有导电颗粒的粘性基质材料的一层或者多层增强材料；施加磁场，以将颗粒布置在一个或者多个导电通路上；以及将基质材料固化成大致固化状态，以将该一个或者多个导电通路相对于该一层或者多层增强材料固定在适当位置处。
B1.根据段落B0所述的方法，进一步包括在将基质材料固化成大致固化状态之后去除磁场。
B2.根据段落B0所述的方法，其中，施加磁场包括通过被设置成相对于一层或者多层增强材料而彼此相对的至少一对螺线管产生磁场。
B3.根据段落B0所述的方法，其中，该一层或者多层包括在z方向上堆叠的至少两层纤维增强材料，并且施加步骤包括产生磁场，以使得磁场的场线基本平行于z方向并且延伸穿过该至少两层纤维增强材料。
B4.根据段落B0所述的方法，其中，多数颗粒由顺磁性材料制成，并且施加步骤使多个颗粒链接在一起，以形成至少一个导电通路。
B5.根据段落B0所述的方法，其中，基质材料由介电材料制成，并且施加步骤将多个颗粒布置在至少一个导电通路上，其特征在于该多个颗粒被电互连。
B6.根据段落B0所述的方法，其中，所述固化步骤包括将热能施加给基质材料。
B7.根据段落B0所述的方法，其中，可至少部分同时执行施加步骤和固化步骤。
B8.根据段落B0所述的方法，其中，施加步骤包括施加磁场，直至基质材料达到预定的粘度。
C0.一种制造复合材料的方法，该方法包括：提供一种结构体，该结构体包括多层增强材料和渗透该多层增强材料的粘性基质材料，基质材料掺杂有导电颗粒，该多层增强材料在z方向上堆叠在彼此的顶部；将磁场施加给该结构体，以相对于z方向布置颗粒，从而形成基本体在z方向上延伸的一个或者多个导电通路；以及固化基质材料，以将该一个或者多个导电通路相对于基质材料和该多层增强材料大致固定在适当位置处。
C1.根据段落C0所述的方法，其中，颗粒由顺磁性材料制成并且增强材料包括彼此间隔开的多个离散纤维，施加步骤将颗粒的第一子集电互连至该一个或者多个导电通路的第一通路，第一通路在两个或者多个离散间隔开的纤维之间延伸并且在z方向上延伸通过该多层增强材料的整体厚度的至少大部分。
C2.根据段落C1所述的方法，其中，基质材料是树脂，并且施加步骤包括将颗粒的第二子集电互连至该一个或者多个导电通路的第二通路，第二通路设置在树脂中、延伸通过整个总体厚度、并且在正交于z方向的方向上偏离第一通路。
C3.根据段落C2所述的方法，其中，执行施加步骤直至在固化步骤中将树脂固化至预定固化状态。
优点、特征、益处
本文所描述的复合材料及其制造方法的不同实施方式提供了优于用于增强导电性的已知解决方案的若干优点。例如，本文描述的示例型实施方式可以允许当复合材料被固化时在复合材料中(和/或通过复合材料)形成导电路径，而不危及复合材料的完整性。此外，对于其他益处，本文所描述的示出性实施方式可允许施加在复合材料上的电流扩散和/或增强的电流流过一个或者多个复合层。然而，并非本文所描述的所有实施方式皆提供相同的优点或者相同程度的优点。
结论
上面阐述的公开内容可包括具有独立实用性的多种不同实施方式。尽管已经以其有限优选形式公开了这些实施方式中的每种，然而，因为多种变形皆是可以的，所以本文所公开和示出的其具体实施方式并不被视为具有限制性意义。实施方式的主题包括此处本文所公开的各种元件、特征、功能、和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。下列权利要求尤其指出了被视为新颖和非显而易见的特定组合和子组合。在要求保护该申请或者相关申请的优先权的申请中可要求保护特征、功能、元件、和/或属性的其他组合和子组合的实施方式。无论是涉及不同发明或者相同方面还是在范围上更宽、更窄、相等、或者不同于原权利要求的权利要求也被视为包括在本公开的实施方式的主题内。

Claims (10)

1.一种制造复合材料的方法，所述方法包括：
将磁场(340)施加(904)给结构体，所述结构体包括渗透有粘性基质材料(218)的多层(202…214)增强材料(216)，所述粘性基质材料(218)掺杂有导电颗粒(220)，所述磁场(340)将所述颗粒(220)布置在一个或者多个导电通路(350)上；以及
将所述基质材料(218)固化成固化状态，以将所述一个或者多个导电通路(350)相对于所述多层(202…214)增强材料(216)固定在适当位置上，其中，所述一个或多个导电通路中的每个延伸通过所述多层(202…214)增强材料(216)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述基质材料(218)固化成所述固化状态之后去除所述磁场(340)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述磁场(340)包括通过被设置为相对于所述多层(202…214)增强材料(216)而彼此相对的至少一对螺线管(570)来产生所述磁场(340)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多层(202…214)包括在z方向上堆叠的至少两层纤维增强材料(216)，并且施加步骤包括产生所述磁场(340)，以使得所述磁场(340)的场线平行于所述z方向并且延伸穿过所述至少两层纤维增强材料(216)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒(220)的大部分由顺磁性材料制成，并且施加步骤使得多个所述颗粒(220)链接在一起，以形成所述导电通路(350)中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基质材料(218)由介电材料制成，并且施加步骤将多个所述颗粒(220)布置在至少一个导电通路(350)上，其特征在于，所述多个颗粒(220)被电互连。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，固化步骤包括将热能施加给所述基质材料(218)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，同时执行施加步骤和固化步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，施加步骤包括施加所述磁场(340)，直至所述基质材料(218)达到预定的粘度。
10.一种复合材料，包括：
多层(202…214)增强材料(216)，所述多层(202…214)增强材料(216)中的每层均具有在z方向上的厚度；
基质材料(218)，渗透所述多层(202…214)增强材料(216)；以及
多个导电颗粒(220)，被设置在所述基质材料(218)中并且被非随机地布置以提供在所述z方向上的增强传导性，其中，所述颗粒通过施加至所述复合材料的磁场而布置在一个或多个导电通路上，所述一个或多个导电通路中的每个延伸通过所述多层(202…214)增强材料(216)。
CN201510527524.0A 2014-08-25 2015-08-25 具有提高的导电性的复合材料及其制造方法 Expired - Fee Related CN105390210B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/468,227 2014-08-25
US14/468,227 US10096396B2 (en) 2014-08-25 2014-08-25 Composite materials with improved electrical conductivity and methods of manufacture thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105390210A CN105390210A (zh) 2016-03-09
CN105390210B true CN105390210B (zh) 2019-02-01

Family

ID=53432988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510527524.0A Expired - Fee Related CN105390210B (zh) 2014-08-25 2015-08-25 具有提高的导电性的复合材料及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10096396B2 (zh)
EP (2) EP2990188B1 (zh)
JP (1) JP6419005B2 (zh)
CN (1) CN105390210B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10096396B2 (en) * 2014-08-25 2018-10-09 The Boeing Company Composite materials with improved electrical conductivity and methods of manufacture thereof
GB201522393D0 (en) * 2015-12-18 2016-02-03 Rolls Royce Plc Composite component forming method
ES2822901T3 (es) * 2016-07-20 2021-05-05 Airbus Operations Sl Estructura de punta moldeada por inyección termoplástica para una aeronave
US20200024795A1 (en) * 2017-03-23 2020-01-23 Boston Materials, Inc. Fiber-reinforced composites, methods therefor, and articles comprising the same
US11840028B2 (en) 2018-12-10 2023-12-12 Boston Materials, Inc. Systems and methods for carbon fiber alignment and fiber-reinforced composites
JP7217457B2 (ja) * 2019-01-29 2023-02-03 三菱重工業株式会社 複合材料成形方法
CN109979904B (zh) * 2019-04-03 2021-06-22 深圳第三代半导体研究院 一种多尺寸纳米颗粒混合金属膜及其制备方法
EP3997159A1 (en) 2019-07-10 2022-05-18 Boston Materials, Inc. Systems and methods for forming short-fiber films, composites comprising thermosets, and other composites
DE102019212367A1 (de) * 2019-08-19 2021-02-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6741019B1 (en) * 1999-10-18 2004-05-25 Agere Systems, Inc. Article comprising aligned nanowires
US7947773B2 (en) * 2002-04-17 2011-05-24 Conductive Composites Company, L.L.C. Electrically conductive composite material
CN102112534A (zh) * 2008-08-05 2011-06-29 环球产权公司 导电聚合物泡沫、其制造方法及其制品
US8071171B1 (en) * 2007-10-10 2011-12-06 Hrl Laboratories, Llc Methods for creating spatially controlled composite materials

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5620110B2 (zh) 1973-04-26 1981-05-12
JPS61176106A (ja) 1985-01-31 1986-08-07 Ube Ind Ltd 導磁性部材の製造方法
JPS63111038A (ja) 1986-10-29 1988-05-16 Agency Of Ind Science & Technol 三次元強化積層体及びその製造方法
US5248864A (en) 1991-07-30 1993-09-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for induction heating of composite materials
US5741019A (en) 1996-06-05 1998-04-21 Lu; Jinny Detachable frame device for in-line roller skate
JP2001294676A (ja) 2000-04-13 2001-10-23 Jsr Corp 熱伝導性シート、熱伝導性シートの製造方法および熱伝導性シートを用いた放熱構造
JP2005220157A (ja) 2004-02-03 2005-08-18 Dainippon Ink & Chem Inc 硬化膜及び硬化膜からなる機能性媒体
GB2458067B (en) 2007-02-06 2011-10-05 World Properties Inc Conductive polymer foams, method of manufacture, and uses thereof
US8623265B2 (en) * 2007-02-06 2014-01-07 World Properties, Inc. Conductive polymer foams, method of manufacture, and articles thereof
US9035671B2 (en) * 2011-07-06 2015-05-19 Everspin Technologies, Inc. Probe card and method for testing magnetic sensors
US9270016B2 (en) 2011-07-15 2016-02-23 The Boeing Company Integrated antenna system
US20130118773A1 (en) * 2011-11-11 2013-05-16 3M Innovative Properties Company Z-axis conductive article and method of making the same
NO20120739A1 (no) 2012-06-25 2013-12-26 Inst Energiteknik En metode for forming av et legeme med en partikkelstruktur fiksert i et matrisemateriale
NO20120740A1 (no) 2012-06-25 2013-12-26 Inst Energiteknik En metode for forming av et legeme med en partikkelstruktur fiksert i et matrisemateriale
WO2014046164A1 (ja) 2012-09-20 2014-03-27 宇部興産株式会社 混合物の分離方法及び分離装置
US10096396B2 (en) * 2014-08-25 2018-10-09 The Boeing Company Composite materials with improved electrical conductivity and methods of manufacture thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6741019B1 (en) * 1999-10-18 2004-05-25 Agere Systems, Inc. Article comprising aligned nanowires
US7947773B2 (en) * 2002-04-17 2011-05-24 Conductive Composites Company, L.L.C. Electrically conductive composite material
US8071171B1 (en) * 2007-10-10 2011-12-06 Hrl Laboratories, Llc Methods for creating spatially controlled composite materials
CN102112534A (zh) * 2008-08-05 2011-06-29 环球产权公司 导电聚合物泡沫、其制造方法及其制品

Also Published As

Publication number Publication date
JP6419005B2 (ja) 2018-11-07
US20160055930A1 (en) 2016-02-25
US10497488B2 (en) 2019-12-03
CN105390210A (zh) 2016-03-09
JP2016044302A (ja) 2016-04-04
US20190019596A1 (en) 2019-01-17
EP2990188A3 (en) 2016-08-10
EP3427933A1 (en) 2019-01-16
US10096396B2 (en) 2018-10-09
EP2990188B1 (en) 2018-08-08
EP2990188A2 (en) 2016-03-02
EP3427933B1 (en) 2020-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105390210B (zh) 具有提高的导电性的复合材料及其制造方法
Naito et al. Nanoparticle technology handbook
Li et al. Smart materials by nanoscale magnetic assembly
Yunus et al. Acoustic patterning for 3D embedded electrically conductive wire in stereolithography
Simovski et al. Model of isotropic resonant magnetism in the visible range based on core-shell clusters
ES2627616T3 (es) Hilo híbrido, procedimiento para la producción de preformas de fibras para componentes compuestos de fibras, en particular componentes compuestos de fibras de alto rendimiento, mediante el uso del mismo, así como procedimiento para la producción de componentes compuestos de fibras, en particular componentes compuestos de fibras de alto rendimiento
ES2942989T3 (es) Nanopartículas solubles para mejorar el rendimiento de material compuesto
Niendorf et al. Additive manufacturing of polymer matrix composite materials with aligned or organized filler material: a review
CN105003405A (zh) 卷曲和非卷曲加捻纳米纤维纱线及聚合物纤维扭转和拉伸驱动器
CN104210671B (zh) 垫片制造***
JP2011147126A5 (zh)
US10947356B2 (en) Porous nanocomposite and related method
CN105459409A (zh) 用于复合结构的细丝网状物
US20160083583A1 (en) Polymer nanoparticle additions for resin modification
Ke et al. Recent advances of two-way shape memory polymers and four-dimensional printing under stress-free conditions
CN104943189B (zh) 用于复合层压件的三维丝网
CN108215399B (zh) 用于复合结构的纤维改性夹层以及制造方法
CN108472840A (zh) 结构体的制造方法
KR20120088843A (ko) 섬유 보강 복합물에 대한 고강력 결합 시스템
Markandan et al. Mechanical anisotropy of graphene nanocomposites induced by graphene alignment during stereolithography 3D printing
JP6695797B2 (ja) ナノ構造状に配列したマルチスケール複合材料の製造方法
Herath et al. Shape memory polymer composites and their smart structural applications
Chen et al. Electromagnetic tunneling through conjugated single-negative metamaterial pairs and double-positive layer with high-magnetic fields
EP3599622A1 (en) A method, a system and a package for producing a magnetic composite
CN109219177A (zh) 基于单元的结构阵列的感应固化

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190201