特殊材料加工工艺.ppt

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1、特殊材料加工技术陶瓷和复合材料难加工的原因：1)高硬度；2)高强度；3)高塑性和高韧性；4)低塑性和高脆性；5)低导热性；6)有微观的硬质点或硬夹杂物；7)化学性能过于活泼。我们对航天领域中难加工特殊材料陶瓷和复合材料的加工技术进行了追踪。★陶瓷材料的切削加工性一、与切削加工相关的陶瓷材料的特性1．具有高硬度在各类工程结构材料中，陶瓷材料的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼2．具有高刚性3．具有高的抗压强度和低的抗拉强度4．塑件极差陶瓷材料常温下几乎无塑性。5.韧性极低6．陶瓷的热特性陶瓷的线胀系数比

2、金属低得多导热系数(Sic、AlN除外)也比金属小二、陶瓷切削加工的特点陶瓷制品尺寸精度低，不能直接作为机械零件使用，必须经过机械加工才行。陶瓷尺寸收缩率约为10％以上，而金属仅为0.2％以下传统的加工方法是用金刚石砂轮磨削，还有研磨和抛光。磨削效率低，加工成本高。烧结金刚石、易切陶瓷、高刚度机床开发，使切削加工成为可能。1、只可能使用金刚石或立方氮化硼刀具CBN切削陶瓷试验结果尚不理想；金刚石的耐磨性约为A12O3陶瓷的10倍，切削陶瓷时金刚石的热磨损很小；金刚石在空气中切削高温下氧化引起碳化

3、而磨损。天然单晶金刚石切削刀锋利，硬度高，但遇冲击和振动易破损2．陶瓷材料的去除机理是刀具刃口附近的被切材料产生脆性破坏，而金属则是产生剪切滑移变形。3．从机械加工角度看，断裂韧度低的陶瓷材料应该容易被切削加工。不烧结陶瓷和预烧结陶瓷材料内部存在大量龟裂。比完全烧结陶瓷材料容易切削。烧结温度和压力越高、材料越致密、硬度越高，切削加工性越差,刀具而用度越低4．从剪切滑移变形的角度看，某些陶瓷材料只有在高温区会软化呈塑性，切削时刀具刀口附近的陶瓷材料产生剪切滑移变形才有可能。5．陶瓷材料切削时的脆

4、性龟裂会残留在加工表面上。★复合材料的切削加工性复合材料是指由两种以上在物理和化学性质不同的物质，人工制成的一种多相固体材料。金属与金属、非金属与非金属、金属与非金属均可复合。几种不同材料复合之后，既保持了各自的优点，又获得了更优越的综合力学性能和物理性能。一、复合材料的特点（1）比强度及比模量高于其他材料。其中以纤维复合材料比强度和比模量最高。（2）具有良好的抗疲劳性能。如多数金属疲劳极限是拉伸强度的40％～50％，而碳纤维增强复合材料可高达70％～80％。（3）复合材料吸振能力强。这是由于复

5、合材料自振频率高，不易产生共振，同时纤维与基体之间有界面存在，对振动有反射和吸收作用。（4）复合材料高温性能好。具有良好的减磨、耐磨、自润滑性能、隔音性、化学稳定性及电、光、磁等特殊性能。二、复合材料的分类其全部相可分为两类：一为基体相，另一为增强相。基体相起粘结作用；增强相起提高强度和刚度的作用。复合材料可以分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料的分类方法有三种：（1）以基体类型分类：金属基复合材料、树脂基复合材料、无机非金属基复合材料等。（2)以增强纤维类型分类：碳纤维复合材料、

6、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维（SiC、B）复合材料、混杂纤维复合材料等。（3)以增强相外形分类：细粒复合材料、短纤维复合材料、连续纤维复合材料和叠层复合材料等。三、常用纤维增强复合材料1．玻璃纤维—树脂基复合材料(GrassFiberreinforcedPlastics，简称GFRP)以塑料为基体与玻璃纤维复合，俗称玻璃钢。按所用塑料基体不同，玻璃钢分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢两种。前者以热塑性塑料(如尼龙、聚苯乙烯等)为基体；后者以热固性塑料(如环氧树脂、酚醛树脂等)为基体。

7、玻璃钢的性能特点强度较高，接近或超过铜合金和铝合金，由于相对密度小(1.5～2)，所以比强度高于铜、铝合金，甚至超过高级合金钢。耐蚀性、介电性优良，加工成形性良好。缺点是刚度差、易变形、耐热性差(不超过200℃)、导热性差、易蠕变等。要求自重轻的受力结构件。2．碳纤维—树脂复合材料(CarbonFiberreinforceplastics，简称CFRP)是以人造纤维或天然纤维为原料，在隔绝空气条件下经高温碳化而成。抗拉强度比玻璃纤维略高，而弹性模量是玻璃纤维的4～6倍。碳纤维还具有较好的高温性能

8、。密度比玻璃钢还要小，它是目前比强度和比模量最高的复合材料之一。在抗冲击性能、抗疲劳性能、减磨性能、耐磨性能、自润滑性、耐腐蚀性及耐热性等方面都有显著优点。碳纤维在机械工业中主要用于一些承载零件(如连杆、齿轮)、耐磨零件(如轴承、密封圈、活塞)、耐腐蚀零件(如化工泵、高压泵、管道、容器)等。此外，它还可用于航空、航天器的构件材料，如飞机翼尖、尾翼、起落架、人造卫星支架、火箭喷嘴等。3.硼纤维与树脂复合材料(BFRP)。抗拉强度与玻璃纤维相近，而弹性模量却高5倍。但由于成本高或技术上的原因，目前应