第２９卷第６期 ２０１６年１１月 机电产品开发与钏新 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＶＯＩ．２９．Ｎｏ．６ ＮＯＶ．，２０１６
文章编号：１００２—６６７３（２０１６）Ｏ６—１１６—０４
碳化硅颗粒增强铝基复合材料加工研究进展
王明，郭丹，丁成富，李宝玉，历锐
（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆１６３３１９）
摘 要：碳化硅颗粒增强铝基复合材料（ＳｉＣｐ／Ａ１）各项性能优异，但由于增强颗粒的存在，其加工性能很
差。针对ＳｉＣｐ／Ａ１的加工已经进行了大量的研究，一般可分为传统加工和非传统加工两类。传统
加工中普遍存在刀具磨损严重的问题，ＰＣＤ刀具比较适合该种材料的加工。非传统加工中超声
辅助切削具有明显的优势，铣磨加工易于加工复杂零件，但刀具耐用度有待提高。电火花、线切
割和激光加工等方法加工精度较低，不适合ＳｉＣｐ／ＡＩ的精密加工。
关键词：ＳｉＣｐ／ＡＩ；加工性能；传统加工；非传统加工
中图分类号：ＴＧ６６ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１６．０６．ｏ４３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ＳｉＣ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇ，ＧＵＯ Ｄａｎ，ＤＩＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｆｕ，Ｌ１Ｂｏｏ－Ｙｕ， ，Ｒｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｂａｙｉ Ａｇｎｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ ＨｅｉｌｏｎＮｉａｎｇ １６３３１９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＳｉＣｐ／Ａ１）ｉｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｂｕｔ ｉｔｓ ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｈｔｙ ｉｓ ｖｅｒｙ ｐｏｏｒ
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目录
一、引言 ........................................................................................................................................ 1
二、铝基复合材料的基本成分 ............................................................................................... 1
三、铝基复合材料的性能 ........................................................................................................ 1
3.1 低密度 ............................................................................................................................ 1
3.2 良好的尺寸稳定性 ..................................................................................................... 1
3.3强度、模量与塑性 ...................................................................................................... 2
3.4耐磨性 ............................................................................................................................. 2
碳纤维增强陶瓷基复合材料
摘要：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能已得到世界各国高度重视，本文将对有关碳纤维增强碳化硅陶瓷的有关信息简单介绍。
关键词：陶瓷基复合材料，碳纤维增强。
1.引言
碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中,尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。但是,陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就严重限制了其作为结构材料的应用。碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点,在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。用碳纤维增强碳化硅复合材料,材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量,使材料表现为非脆性断裂。Cf/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能,受到了世界各国的高度关注,并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具等领域。
2. 碳纤维材料简介
2.1碳纤维简介
碳纤维是有机纤维或沥青基材料经谈话和石墨处理后形成的含碳量在85%以上的碳素纤维，是20世纪50年代为满足航空航天等尖端领域的需要而发展起来的一种特种纤维。目前，碳纤维的生产原料分为三大体系：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。其中聚丙烯腈基碳纤维由于原料资源丰富，含碳量高及碳化率高，成本低，正在被重视。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
铝基复合材料
1. 铝基复合材料的基本性能
1.1 强度，模量与塑性
铝基复合材料比强度和比刚度高．高温性能好。更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。
增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时。降低了塑性。
另外增强相的加入又赋予材料一些特殊性能，这样不同金属与合金基体及不同增强体的优化组合。就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。
尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性特征，而且具有可加工和价格低廉的优点，更加引起人们的注意。
1.2 耐磨性
高的耐磨性是铝基复合材料(SiC、A1203)增强的特点之一
颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著，而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大。
与基体合金相比，铝基复合材料表现出良好的抗磨损性能，并随着加入颗粒尺寸的减小和数量的增多而变强。在滑动磨损实验中，颗粒及纤维增强的铝基复合材料的耐磨性有两个数量级的提高，但随着磨粒尺寸的增大，载荷中冲击成分的提高使其耐磨性迅速下降。材料的耐磨性的好坏取决于强化机制、增强相之间的相互制约及与基体在变形过程中的协调作用。当然，也与增强相类型及基体合金的性能有关。
增强相的聚结显著降低材料的耐磨性。
1.3 疲劳与断裂韧性
铝基复合材料的疲劳强度和疲劳寿命一般比基体金属高，这与刚度及强度的提高有关，而断裂韧性却下降。影响铝基复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有：增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等。界面结合状态良好，可以有效地传递载荷，并阻止裂纹扩展，提高材料的断裂韧性。
目前对复合材料疲劳断裂过程的研究分为疲劳裂纹的萌生和扩展两个方面。现有的研究工作在实验的基础上得出疲劳裂纹萌生于SiC 附近。SiC与铝合金界面或SiC 晶须端部附近的基体中，也观察到基体中大块夹杂物破碎导致裂纹萌生。再者，由于使用的绝大部分颗粒是在加工过程中从大的颗粒上碎裂下来的，碎裂的颗粒存在于复合材料中从而提供了裂纹萌生的位置。裂纹的扩展取决于裂纹尖端的微结构和宏观上最大应变方向。由断口分析可以看到断面上的空穴分为两种，一种控制材料的脆性行为，而另一种则控制其塑性行为。
