復合材料,是由兩種或兩種以上不同性質的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產生協(xié)同效應,使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。
失效模式
斷裂,變色失效,腐蝕,機械性能不足等
常用手段
無損檢測:
射線檢測技術( X 射線、γ 射線、中子射線等),工業(yè)CT,康普頓背散射成像(CST)技術,超聲檢測技術(穿透法、脈沖反射法、串列法),紅外熱波檢測技術,聲發(fā)射檢測技術,渦流檢測技術,微波檢測技術,激光全息檢驗法等。
成分分析:
X射線熒光光譜分析(XRF)等,參見高分子材料失效分析中成分分析。
熱分析:
重分析法(TG)、差示掃描量熱法(DSC)、靜態(tài)熱機械分析法(TMA)、動態(tài)熱機械分析(DMTA)、動態(tài)介電分析(DETA)
破壞性實驗:
切片分析(金相切片、聚焦離子束(FIB)制樣、離子研磨(CP)制樣)
為避免失效,復合材料成型過程中應注意以下事項
1、碳纖維復合材料層間強度低,易在切削力的作用下產生分層,因此鉆孔或切邊應減小軸向力。鉆孔要求高轉速、小進給,加工中心轉速一般在3000~6000r/min,進給量達到0.01~0.04mm/r,鉆頭選用三尖兩刃或兩尖兩刃形式較好,鋒利的刀尖可先將碳纖維層劃斷,兩刃對孔壁起到了修補作用,鑲金剛石的鉆頭鋒利與耐磨性俱佳。復合材料與鈦合金夾層的鉆孔是個難題,一般采用整體硬質合金鉆頭,按鉆削鈦合金的切削參數進行鉆削,從鈦合金側先鉆,直至鉆通,鉆削時加潤滑劑,緩解復合材料燒傷。波音公司專門研制了PCD組合鉆頭用于夾層的鉆孔。
2、三類新型整體硬質合金復合材料加工專用銑刀的切削效果更好,它們都有一些共同特點:剛性高,螺旋角小,甚至是0°,專門設計的人字形刀刃,都可以有效減小加工中心軸向切削力,減少分層,其加工效率與效果都很好。
3、復合材料切屑為粉狀,對人體健康危害大,應采用大功率吸塵器吸塵,采用水冷也可有效降低粉塵污染。
4、碳纖維復合材料構件一般尺寸較大,形狀結構復雜,硬度和強度都很高,屬于難加工材料。切削過程中切削力較大,切削熱不易傳出,嚴重時會燒焦樹脂或使樹脂軟化,刀具磨損嚴重,因此刀具是碳纖維加工的關鍵,其切削機理更接近于磨削而非銑削,所以,加工中心切削線速度通常要大于500m/min,采用高轉速小進給策略。切邊加工刀具一般選用整體硬質合金滾花銑刀、電鍍金剛石顆粒砂輪、鑲金剛石銑刀、銅基金剛石顆粒鋸片。