博士课题论证报告-新版

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1、表二共14页第1页课题名称：SiC颗粒增强铝基复合材料超精密车削工艺与机理研究选题依据（包括课题的来源、研究目的、必要性和重要性、意义以及国内外研究的技术现状分析）1、课题来源2、研究目的金属基复合材料具有比强度和比模量高、耐高温、耐磨、耐疲劳、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优异的综合性能，从而广泛应用于航空航天、先进武器系统、汽车、光学精密仪器、电子和体育用品等领域。其中，颗粒增强金属基复合材料，尤其是SiC颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料，由于其制造工艺设备简单，制造成本低，可批量生产，且可用常规金属加工方法（铸造、粉末冶金、挤压、轧制、锻造、旋压、焊接等）制造各种形状

2、复杂的零件和型材，成为当前金属基复合材料研究发展的主要方向之一。在航空航天及军事领域，SiCp/Al复合材料己有用于导弹、飞机及精密光学仪器和电子设备上。其中，在结构件方面，美国DWA公司己把SiCp/6092Al复合材料用于F-16喷气式战斗机的机身尾翼，使飞机高速飞行更加稳定，机翼寿命提高一倍以上。美国武器研究中心采用10%SiCp/7064Al复合材料，利用气压超塑性成形技术制造了用于B-1B飞机的翼前缘加强筋和大的通用正弦波梁，用17%SiCp/2124Al复合材料制造了导弹的尾翼。美国DWA特种复合村料公司已用25%SiCp/606lAl复合材料代替7075Al制造航

3、空结构导槽、角材。美国ARCO化学公司所属的先进复合材料分公司ACMC生产的30～35%SiCp/2024Al复合材料，抗拉强度达800MPa，屈服强度达690MPa，弹性模量高于150GPa，都大大高于基体合金，且热膨胀系数很低，可用来代替Al合金、Ti合金等制造各种飞机结构件，如直升飞机起落架、翼前缘加强筋和大的通用正弦形梁。另外，已用SiCp/Al复合材料成功地制成了导弹壳体、轻型坦克履带板、雷达天线、穿甲弹弹托、导弹嵌镶结构等军工用品。在精密仪器方面，美国的Trident导弹上采用40%SiCp增强6061Al复合材料替代了原来使用的AISI416不锈钢制造的万向接头部

4、件，并利用SiCp/Al复合材料替代铍合金制造惯性导航器件。在国内，哈尔滨工业大学等单位利用SiCp/Al复合材料比强度、比刚度高的特点，制备了卫星天线丝杠；利用SiCp/Al复合材料尺寸稳定性好、膨胀系数低的特点制备了导弹反光镜、导弹惯导平台等部件。在汽车工业等民用领域，如汽车活塞、轴承、轴瓦及一些体育运动器材上SiCp/Al复合材料已有成功的应用。欧洲把SiCp/Al复合材料应用于火车刹车块，德国城市铁路快车上己经成功地用SiCp/Al复合材料取代原来的铸钢制造刹车盘。美国曾用SiCp/Al复合材料制造赛车和摩托车的刹车片，并用20%SiCp/6061Al复合材料制造参赛帆

5、船的桅杆和浮筒等部件。美国DuralCan公司已用SiCp/Al复合材料成功地制造了汽车制动盘、汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零件。与铸铁制动盘相比，SiCp/Al制动盘重量减轻40~60%，耐磨性能优良，噪音明显减小，而且摩擦散热快。与Al合金活塞相比，SiCp/Al复合材料汽车活塞具有高的耐磨性，良好的耐高温性能和抗咬合性能，而且热膨胀系数小，导热性较好。用SiCp/Al复合材料制成的汽车齿轮箱的强度和耐磨性均明显高于Al合金齿轮箱。美国DWA公司采用SiCp/Al复合材料制造的摩托车活塞耐磨性极佳，装有该活塞的摩托车参加了一年内的100次越野赛，复合村料活塞无明显磨损。另外

6、，SiCpAl复合材料还适合制作汽车驱动轴、连杆、摇臂等汽车零件。在电子器件、精密仪器和光学仪器方面，利用SiCp/Al复合材料热膨胀系数和密度低，导热性能良好等优点，已用来制造电子器材的封装材料、散热片等电子器件。美国亚利桑那大学研制了一种超轻型空间望远镜，采用SiCp增强铝基复合材料制造支承和副镜，不仅大大减轻了重量，通过控制SiC的含量还可使得复合材料的膨胀系数与反射涂层相匹配，并在很大的温度范围内均能保证理想的尺寸稳定性。此外，现已用SiCp/Al复合材料制造出了惯性导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学仪器托架等精密仪器

7、和光学仪器。虽然SiCp/Al复合材料的应用范围广泛，应用前景开阔，但这种复合材料的一些特点也给它的切削加工带来了很大的困难和挑战。由于增强相SiC颗粒的加入，该复合材料变得硬而脆，坚硬的SiC（硬度约为HV2700-3500）对刀具会造成严重的磨粒磨损，硬度比增强相低的传统刀具如高速钢和硬质合金在很多情况下都无法适用，特别是对粗加工以及大体积分数的SiCp/Al复合材料切削加工，刀具在数秒至数分钟内即宣告失效。对于该材料的传统机械切削加工，各种刀具在较大速度范围内都容易产生积屑瘤，积屑瘤不