复合材料加工工艺综述
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碳纤维复合材料加工工艺一、手糊成型工艺:在模具表面上涂抹脱模剂、胶衣,将事先裁好的碳纤维预浸布铺设在模具工作面上,在工作面上刷涂或喷射树脂胶液,达到所需要的厚度之后,成型固化、脱模、后处理。
在成型技术高度发达的今天,手糊工艺仍然具有工艺简便、投资低廉、适用面广的特点,在石油化工、储存容器、贮槽、汽车壳体等诸多领域有广泛应用。
其缺点是质地疏松、精度不高、表面粗糙、密度低,制品强度不高,并且主要依赖人工,质量不稳定,生产效率很低,难以批量化和标准化。
喷射成型工艺属于手糊成型工艺中低压成型工艺的一类,一般利用短切纤维和树脂混合,在喷枪中利用压缩空气均匀喷洒在模具表面上,达到所需厚度后,再利用手工橡胶来回刷平,最后固化成型。
为改进手糊成型工艺而创造的一种半机械化成型工艺,在生产效率方面有一定的提高,多用来制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。
二、真空热压罐工艺:工艺过程是将单层预浸料按预设方向铺叠成的复合材料坯料放置在热压罐内,在一定预设温度和压力下完成固化的过程。
热压罐是一种能够承受和调整温度、压力范围的专用压力容器。
坯料铺设在涂抹脱模剂的模具表面,然后依次用脱模布、吸胶毡、透气毡完全覆盖,并密封在真空袋内,再放入热压罐内。
在放入热压罐加温固化之前需要抽真空,然后在放入热压罐高温、加压、固化成型固化规则的制定与执行是保证复合材料产品质量的关键。
此种成型工艺适多用于制造整流罩、飞机舱门、机载雷达罩,支架、机翼、尾翼等产品。
三、层压成型工艺:把一层层铺设的预浸料放置在上下平板模之间通过加压高温固化成型,这种工艺可以直接利用木胶合板的生产方法和设备,并根据树脂的流动性能,进而进行改进与完善。
此种成型工艺主要用来生产不同规格、不同用途的复合材料板材。
具有机械化和自动化程度高、产品质量稳定、利用批量化等特点,但是设备投资较大,成本较高。
四、缠绕成型:缠绕成型工艺的发展已经有半个世纪,随着缠绕技术的不断更新,缠绕工艺基本已经成型,并成为金属铝复合材料重要施工工艺之一。
复合材料文献综述复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的一种新材料,通常由增强材料和基体材料组成。
增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,而基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或其他材料。
复合材料具有轻、强、刚、耐腐蚀等特点,广泛应用于航空、航天、汽车、建筑、电子等领域。
本文将从复合材料的制备、性能和应用三个方面综述相关文献。
一、复合材料的制备制备复合材料的方法包括层压法、注塑法、浸渍法、压缩成型法等。
其中,层压法是最常用的方法之一。
通过将增强材料和基体材料交替叠加,再进行高温高压处理,使两种材料相互融合,形成一体化的材料。
注塑法是将增强材料和基体材料混合后注入模具中进行成型,适用于复杂形状的材料制备。
浸渍法是将增强材料浸泡在基体材料中,使其充分吸收基体材料,形成复合材料。
压缩成型法是将增强材料和基体材料混合后,通过压缩成型的方式进行制备。
以上几种方法各有优缺点,需要根据具体情况选择适合的方法。
二、复合材料的性能复合材料具有轻、强、刚、耐腐蚀等特点,其主要性能取决于增强材料和基体材料的选择及其比例。
例如,碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚度、低密度等优点,适用于航空、航天和汽车等领域。
玻璃纤维增强复合材料则具有低成本、良好的电绝缘性和耐腐蚀性等特点,适用于建筑、电子等领域。
复合材料的热膨胀系数和热导率也是其性能考虑的重要因素。
热膨胀系数低的复合材料具有良好的热稳定性,适用于高温环境下的应用。
热导率低的复合材料则适用于需要绝缘的场合。
三、复合材料的应用复合材料在航空、航天、汽车、建筑、电子等领域都有广泛应用。
在航空航天领域,碳纤维增强复合材料被广泛应用于飞机和火箭等结构件的制造中,以提高其强度和刚度,降低重量。
在汽车领域,玻璃纤维增强复合材料被用于制造汽车外壳和底盘等部件,以提高其耐腐蚀性和减轻重量。
在建筑领域,复合材料被用于制造墙板、地板、屋顶等结构件,以提高其抗震性和防火性。
在电子领域,复合材料被用于制造电路板、电容器等部件,以提高其绝缘性和耐高温性。
复合加工工艺技术复合加工工艺技术是一种将两种或两种以上不同材料通过加工、组合、结合等方式制备成具有特定性能的复合材料的加工技术。
随着科技的进步和工业的发展,复合材料在各个领域得到了广泛应用,并取得了显著的成果。
复合加工工艺技术主要包括预处理、复合、固化和后处理等流程。
首先,预处理是将原材料进行清洗、修整、涂敷等处理,以提高材料的表面质量和加工性能。
其次,复合过程是将不同的材料进行叠层、编织或包覆等处理,形成一定的结构。
这样可以充分发挥各材料的优点,弥补各自的不足,从而提高复合材料的性能。
然后,固化是通过热压、冷压、热固化等方式使复合材料的各层牢固结合,形成坚实的整体结构。
最后,后处理是对复合材料进行研磨、修整等处理,以达到一定的精度和表面质量要求。
复合加工工艺技术的优点在于可以弥补单一材料的不足,改善材料的性能。
不同材料的组合可以使复合材料具有多种特性,如高强度、高韧性、耐磨性、耐腐蚀性等。
此外,复合加工工艺技术还可以实现结构轻量化、能耗降低等效果,具有重要的经济意义和社会效益。
在航空航天、汽车、船舶等领域,复合材料的应用已经取得了显著的成果,为推动工业的发展做出了重要贡献。
然而,复合加工工艺技术也面临一些挑战和难题。
首先,由于原材料的特殊性和制造工艺的复杂性,加工成本较高,加工周期较长。
其次,材料的复合质量和性能往往受到很多因素的影响,包括温度、压力、湿度等,需要严格控制。
此外,对于大型和复杂形状的复合材料制造,还存在工艺参数难以提前确定、材料内部应力大、损伤难以发现等问题,使得工艺的稳定性和可控性受到一定的限制。
为了解决这些问题,需要进一步研究和发展复合加工工艺技术。
一方面,可以通过改进材料和加工设备,提高工艺的效率和稳定性,降低成本和周期。
另一方面,可以通过优化工艺参数和控制方法,提高复合材料的质量和性能。
此外,还可以开展材料性能的测试和评价,提供理论依据和技术支持。
通过不断努力,可以进一步推进复合材料的研究和应用,为工业的发展和社会的进步做出更大的贡献。
碳纤维复合材料加工工艺
碳纤维复合材料加工工艺一般包括以下步骤:
1. 制备纤维预浸料:将碳纤维与树脂混合,形成纤维预浸料。
树脂可以是热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂,也可以是热塑性树脂如聚酰亚胺。
2. 成型:将纤维预浸料放置在模具中,并使用真空吸附或压力来排除空气和树脂预浸料之间的空隙。
根据不同的加工工艺,可以采用压缩成型、注塑成型、旋转成型等不同方法。
3. 固化:根据树脂的类型和加热条件,将模具中的纤维预浸料加热,使树脂固化为硬化状态。
这一步可以在常温下进行,也可以在高温下进行,需要根据树脂的固化特性和材料要求来确定最佳固化条件。
4. 切割和修整:将固化后的碳纤维复合材料切割成所需尺寸和形状,可以使用机器切割、喷砂或电火花加工等方式进行切割和修整。
5. 表面处理:对切割和修整后的碳纤维复合材料进行表面处理,以改善其表面性能和粘接性能。
常见的表面处理方法包括打磨、清洗、表面处理剂或涂层的涂覆等。
6. 组装和连接:将处理好的碳纤维复合材料组装到所需的产品中,并使用黏合剂、螺栓或其他连接件进行连接。
7. 检测和质量控制:对加工好的碳纤维复合材料进行检测和质量控制,包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试等,以确保产品质量符合要求。
需要注意的是,以上所述的加工工艺只是一般的步骤,具体的加工工艺流程会根据具体的产品要求和材料性能而有所不同。
复合板材加工过程
复合板材是由两种或两种以上不同材料组合而成的板材,通常具有优异的力学性能和耐久性。
复合板材的加工过程包括多个步骤,从原材料的选择到最终产品的形成。
以下是复合板材加工过程的一般步骤。
1.原材料选择:
根据复合板材的预期性能和用途,选择合适的基材和粘合剂。
基材可以是木材、塑料、金属、玻璃纤维等,粘合剂可以是树脂、胶粘剂等。
2.原材料准备:
对基材进行加工,如切割、打磨、清洗等,以确保其表面光洁、无污染。
准备粘合剂,根据制造商的推荐进行调配。
3.层压:
将基材和粘合剂按照一定的顺序和比例层叠起来,形成复合材料。
使用层压机或热压机对层叠好的材料进行加热和加压,以使粘合剂固化,并将基材牢固地粘合在一起。
4.热处理:
在粘合剂固化的过程中,可能需要进行热处理,以提高复合板材的强度和稳定性。
5.冷却和后处理:
加工完成后,将复合板材冷却到室温。
对复合板材进行后处理,如切割、钻孔、砂光等,以满足特定的尺寸和表面要求。
6.质量检验:
对加工完成的复合板材进行质量检验,包括外观检查、尺寸精度、力学性能测试等。
7.包装和储存:
将合格的复合板材进行包装,并储存于干燥、通风的环境中,以防止受潮和变形。
8.运输和交付:
将复合板材运输到客户指定的地点,并确保在运输过程中不受损坏。
复合板材的加工过程需要精确控制,以确保产品的质量和性能。
不同类型的复合板材(如碳纤维增强塑料、玻璃钢、金属复合板等)的加工工艺可能会有所不同,但上述步骤提供了一个基本的加工流程。
陶瓷基复合材料摘要: 材料是科学技术发展的基础,材料的发展可以推动科学技术的发展,材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类. 复合材料是不同的材料结合在一起、形成一种结构较为复杂的材料。
近年来,通过往陶瓷中加入或生成成颗粒、晶须、纤维等增强材料,使陶瓷的韧性大大地改善,而且强度及模量也有一定的提高。
陶瓷复合基材料就是以陶瓷材料为基体,并以陶瓷、碳纤维、难熔金属纤维、晶须、晶片和颗粒等为增强体,通过适当的复合工艺所构成的复合材料。
本文主要综述了陶瓷基复合材料的发展状况,分类,基体,增强体,以及制备工艺等内容。
关键词:陶瓷基复合材料、基体、增强、制备。
1 陶瓷基复合材料的发展概况。
陶瓷材料作为技术革命的新材料早在十几年前就引起了美国的关注。
近年来由于日本、美国、欧洲的竞相研究陶瓷材料技术得到迅速发展。
作为能适应各种环境的新型结构材料陶瓷材料已步入了实用化阶段。
为使陶瓷在更大范围内达到实用化国内外都对能改善陶瓷韧性陶瓷基复合材料进行了广泛研究。
陶瓷基复合材料(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能,是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。
一方面,它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点,提高了材料的断裂韧性;另一方面,它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。
陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃,而密度只有高温合金的70%。
因此,近几十年来,陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。
目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。
2 陶瓷基复合材料的分类按增强材料形态分类,陶瓷基复合材料可分为颗粒增强陶瓷复合材料、纤维增强陶瓷复合材料、片材增强陶瓷复合材料。
按基体材料分类,陶瓷基复合材料可分为氧化物基陶瓷复合材料、非氧化物基陶瓷复合材料、碳/碳复合材料、微晶玻璃基复合材料。
3 瓷基体的种类陶瓷基体材料主要以结晶和非结晶两种形态的化合物存在,按照组成化合物的元素不同,又可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。
pmc工艺PMC工艺(Prepreg Molding Compound)是一种先进的复合材料工艺,广泛应用于航空航天、汽车、电子、体育器材等领域。
本文将介绍PMC工艺的原理、特点以及应用。
一、PMC工艺的原理PMC工艺是一种热固性复合材料加工工艺,它通过将预浸料(Prepreg)与模具在高温高压条件下进行热固化,最终形成具有高强度、轻质、耐高温、耐腐蚀等优异性能的复合材料制品。
预浸料是由纤维增强材料(如碳纤维、玻璃纤维等)和树脂基体(如环氧树脂、聚酯树脂等)组成的半成品,通过预先浸渍树脂基体使其充分浸润纤维增强材料。
预浸料具有一定的柔韧性,可以根据需要进行剪裁和叠层。
在PMC工艺中,首先将预浸料按照设计要求剪裁成所需形状,然后将其放置在模具中。
接下来,模具被加热至树脂基体的熔点,同时施加一定的压力。
在高温高压的作用下,树脂基体开始熔化并浸润纤维增强材料,然后通过化学反应进行固化。
最后,待模具冷却后,制品即可取出。
二、PMC工艺的特点1. 高强度:由于预浸料中纤维增强材料的应力传递效果良好,使得制品具有较高的强度和刚度。
2. 轻质:相比传统金属材料,PMC制品具有较低的密度,可以实现轻量化设计,减少整体重量,提高运载能力。
3. 耐高温:树脂基体具有较高的热稳定性,使得PMC制品能够在高温环境下长时间工作而不失效。
4. 耐腐蚀:树脂基体对化学腐蚀具有较好的抵抗性,使得PMC制品在恶劣环境下具有较长的使用寿命。
5. 成型性好:PMC工艺具有较高的成型精度和表面平整度,可以制作出复杂形状的制品,满足不同领域的需求。
三、PMC工艺的应用1. 航空航天领域:由于PMC制品具有轻质、高强度和耐高温等特点,被广泛应用于飞机机身、机翼、舵面等结构件的制造。
2. 汽车领域:PMC制品可以替代传统金属材料,减少整车重量,提高燃油经济性和行驶性能。
3. 电子领域:PMC制品可用于制作电子散热器、电路板等,具有良好的导热性和电磁屏蔽性能。
复合材料加工工艺综述前言:复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。
复合材料是一种混合物。
在很多领域都发挥了很大的作用,代替了很多传统的材料。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为:①纤维复合材料。
将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。
如纤维增强塑料、纤维增强金属等。
②夹层复合材料。
由性质不同的表面材料和芯材组合而成。
通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。
分为实心夹层和蜂窝夹层两种。
③细粒复合材料。
将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。
④混杂复合材料。
由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。
与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。
分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。
60年代,为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要,先后研制和生产了以高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)为增强材料的复合材料,其比强度大于4×106厘米(cm),比模量大于4×108cm。
为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别,将这种复合材料称为先进复合材料。
按基体材料不同,先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。
其使用温度分别达250~350℃、350~1200℃和1200℃以上。
先进复合材料除作为结构材料外,还可用作功能材料,如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料(具有感觉、处理和执行功能,能适应环境变化的功能复合材料)、仿生复合材料、隐身复合材料等。
复合材料的成型方法按基体材料不同各异。
树脂基复合材料的成型方法较多,有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、RTM成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。
金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。
前者是在低于基体熔点温度下,通过施加压力实现成型,包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。
后者是将基体熔化后,充填到增强体材料中,包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。
正文:1.复合材料常用的机加工工艺:凯夫拉纤维复合材料的加工工艺:复合材料在应用过程中常常需要进行机械加工,复合材料的常规机械加工包括切割、钻削、车削、铣削等。
经常遇到的是切割和钻削(制孔)。
其中孔加工是复合材料加工的难点之一。
这里介绍的机加工艺主要针对凯夫拉/ 环氧和碳纤维/ 环氧复合材料。
凯夫拉复合材料的机械加工异常困难。
原因是凯夫拉纤维韧性高,对基体树脂粘结性差,剪切强度低所致。
用硬质合金薄片和金刚砂涂层锯切割凯夫拉复合材料易起毛、翻边, 加工效率低。
凯夫拉复合材料制孔用钻头的好坏决定于它能否迅速切断孔周边的凯夫拉纤维。
试验和应用表明, 用三尖两刃钻头和双刃定心钻头制孔, 可获得较满意的加工质量。
三尖两刃钻头是用Y300硬质合金( 钨-钻合金)麻花钻修磨刃口而成, 具有两个锋利的外刃尖和一个起定心作用的中心点。
为了获得两个关键的外尖,主刃磨成圆弧形。
钻孔时中心尖先切人复合材料定位中心,然后依靠两锋利外刃尖在复合材料上划圆进行切削,并迅速沿孔边切断纤维, 从而得到无毛边的孔。
钻头的技术数据如下:h≤0.5mm,2Φτ=90-100°,bψ≤0.5mm,γτ>0,ε=40-50°,α≈10°。
双刃定心钻头适于加工大孔( 直径大于12mm ) , 这种钻头结构简单,容易制造。
两个锋利的刃尖由外圆周与两个对称的斜面相切而成,中间的导向柱在钻孔时起定心作用。
加工时先利用三尖两刃钻在凯夫拉复合材料上钻一小孔, 然后将双刃定心钻头的导向柱伸人孔内,利用两外刃尖沿孔周迅速将纤维切断,钻出无毛边的大孔。
为防止分层, 第一次钻进时先不钻透,钻人约一半后将钻取出,然后将钻头伸人背面,再钻通另一半。
对铺层为「0°/90°/±45°」,厚度为2mm的凯夫拉复合材料层板,在不使用冷却液的情况下,采用下述工艺参数为好:(l) 对Φ4.84mm的三尖两刃整体钻头,适宜的钻削速ν=62-228mm/min,以ν=100mm/min左右最好。
(2) 对Φ12-20mm 的大孔, 适宜的钻削速度为25-90mm/min.(3) 进给量取较小值为宜。
碳纤维复合材料的加工工艺碳纤维材料硬度高, 必须选用硬质合金刀具材料, 航空部门在参考国外硬质合金选材基础上经试验认为, 用钨一钻硬质合金是比较合适的。
因为这类硬质合金有较高的抗弯强度和韧性, 可以减少切削时崩刀, 同时磨削加工性好,适于磨出锋利的刃口。
目前材质为Y300的Φ3-8mm 的整体式磨花钻头、惚窝钻、绞刀,可满足碳纤维复合材料构件的制孔要求。
这种钻头的顶角在100-120°之间, 一次刃磨,钻孔数可达100个孔以上。
后角对钻削性能有较大影响, 其角度以15-25°为好。
我国已研制出几种人造金刚石大直径套料钻和人造金刚石磨轮, 用于加工Φ8mm 以上的复合材料构件孔,获得满意的加工质量。
钻削工艺试验表明,控制进给速度对保证制孔质量至关重要。
钻削碳纤维复合材料一般选用低的进给速度和高的转速, 转速过大会缩短钻头的使用寿命。
根据试验结果, 选取以下钻削参数为佳: 转速1400-2440r/min,给进速度0.02-0.06mm/r。
2.长碳纤维/聚丙烯复合材料加工工艺:我国采用国内外通用的电缆包覆式生产工艺惊醒PP树脂包覆CF长丝。
此工艺的特点是设备简单,操作连续,质量优异。
必须注意的是,由于长碳纤维在连续操作过程中,通过穿丝孔时因受PP树脂返料的阻力作用易断丝,所以在设计模头时,要考虑减少熔融PP树脂因受压进入穿丝孔。
我们通过反复试验,设计出如图所示结构较合理的模头。
由图可见,由于深入到模腔内部穿丝空前断的锥形结构额模头出料口的倒角,可减少模腔内受压的熔融PP静茹穿丝孔内,这就可以降低碳纤维长丝通过穿丝孔是的阻力,另外,即使有少量熔融PP进入穿丝孔,因穿丝孔内的熔融PP冷却,从而进一步地降低了碳纤维长丝通过穿丝孔时的阻力,另外,还需指出的是,牵引PP包覆CF长条时,速度要适中,使PP能均匀地包覆在CF长丝上,而不至于太厚或太薄。
CF/PP复合材料的力学性能拉伸性能和冲击性能是复合材料力学性能中亮相重要的性能指标。
为了进行对比,我们分别测定了原PP树脂和CF/PP复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和悬梁缺口冲击强度,结果列于下表:结果表明,因CF长丝未经表面处理,所以复合材料的拉伸性能和冲击性能较PP 树脂差。
CF/PP复合材料的电性能:碳纤维是一种新型的高强度、高模量材料,并具有良好的导电性能,用他混入聚丙烯制成复合型导电塑料,其综合性能好,电导率高,下表给出了PP树脂和CF含量为12%质量百分比的CF/PP复合材料的体积电阻率和表面电阻率:上图结果表明,CF含量为12%的CF/PP复合材料的表面电阻率和体积电阻率较PP树脂的电阻率下降,使PP由绝缘性变为导电材料。
结论:1.在CF/PP复合材料的加工过程中,结构合理的基础机模头,是碳纤维上司得意连续被PP树脂包覆而不断的关键。
2.未经表面处理的碳纤维长丝与PP树脂组成的复合材料的拉伸强度、伸长率及缺口冲击强度较原PP树脂的相应力学性能有所下降。
3.CF含量为12%(质量)的CF/PP复合材料具有明显的导电性。
3.复合材料的特种加工工艺由于传统的机械加工难以加工高性能的韧性纤维增强的树脂基复合材料和陶瓷基复合材料,人们便研究开发各种特殊的复合材料加工方法。
所谓特种加工, 这里指的是非传统的高压水射流(包括磨料水射流) 加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、电火花加工等。
随着研究的不断深人,特种加工方法越来越多地应用于复合材料的加工。
本文只介绍前三种加工工艺。
高压水射流加工在高压水射流( 或统称水射流Waterjet )加工中,由于水射流与工件之间的能量传递效率较低,故只能用于切割较软较薄的复合材料,而且切口坡形度较大, 通常用来粗加工。
在单纯水射流加工基础上发展了磨料水射流( Abrasive 一Waterjet) 技术。
它是在水流中加人细粒磨料,从而大大改善了射流与工件之间的能量传递,故可用磨料水射流技术来加工各种材料。
喷射压力、喷嘴直径、切割速度、材料种类与厚度等都对切割质量有一定影响。
美国格鲁曼公司用不同的工艺参数作了大量试验,结果表明,喷嘴直径小,切削精度就高,材料厚度大,需要较大的喷嘴直径。
由于硼纤维硬度大、强度高,在水射流的冲击下,纤维不是被切断,而是破碎,故在断开表面有伸出的短纤维头,显示切削质量较差。
而凯夫拉纤维由于柔软,切削断面比较光滑。
现在,磨料水射流技术已愈来愈广泛地用来加工难以机械加工的材料,并逐渐被视作一种常规的加工技术。
为了适应切割各种类型材料和结构件的需要,国外研制了手提式和数控式水射流加工设备, 近几年又开发出一种五轴全自动磨料水射流切削装置。
激光加工近20 多年来,激光加工已在制造业得到较大的发展。
它可一次加工成形,适应性强, 不存在刀具磨损问题。
因此激光材料加工一般比常规加工成本低。
以前激光主要用于加工金属、陶瓷、塑料和木基材料,近几年亦成功地用来加工复合材料,主要是切削纤维增强树脂基复合材料,钢塑材料和纤维增强金属基复合材料,也用来钻削复合陶瓷。
用激光焊接金属基复合材料亦进行了研究。