鋁基碳化硅復(fù)合材料怎么切割

鋁基碳化硅復(fù)合材料怎么切割
一、材料特點
現(xiàn)代科技和工業(yè)的快速發(fā)展對材料提出了越來越高的要求，金屬基復(fù)合材料作為一類重要的新材料，具有耐高溫、高比強、高比模、熱膨脹系數(shù)小和抗磨損等優(yōu)點，正在航空航天及其他高科技領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。其中，從20世紀(jì)80年代開始，世界各國競相研發(fā)顆粒增強鋁基復(fù)合材料，經(jīng)過數(shù)十年的研發(fā)，在基礎(chǔ)研究和開發(fā)與應(yīng)用等方面都取得了顯著成果。

相比傳統(tǒng)金屬材料，碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的特點主要有以下幾方面：

1、材料各向同性
與長纖維金屬基復(fù)合材料相比，碳化硅顆粒增強鋁基材料基本上表現(xiàn)為各向同性，因而可以借用傳統(tǒng)金屬材料的設(shè)計理論進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以簡化設(shè)計過程，充分利用材料。

2、良好的尺寸穩(wěn)定性和熱特性
此材料熱膨脹系數(shù)隨SiC含量的增加幾乎呈線性下降，同時其導(dǎo)熱系數(shù)和比熱等熱參數(shù)均接近基體，因而具有良好的尺寸穩(wěn)定性，可在溫度變化劇烈的環(huán)境中使用，這在航空航天工業(yè)中是十分重要的。

3、良好的耐高溫性能
此材料耐高溫性能良好，抗氧化，具有較高的抗熱沖擊、抗熱蝕能力。

4、良好的力學(xué)性能
大量試驗已證明該材料具有高比強度和比剛度，并且耐磨性能、耐疲勞性能良好，因而具有優(yōu)異的力學(xué)性能，適用于對質(zhì)量要求苛刻的航空航天領(lǐng)域。

5、較低的斷裂韌性
原材料制備困難，加工、涂覆和焊接性能較差。顆粒增強鋁基復(fù)合材料的斷裂韌性低于基體合金，同時其原材料制備、加工、涂覆和焊接等工藝過程難度遠大于基體合金，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

從軍工電子行業(yè)來看，隨著電子元器件的復(fù)雜性、密集性以及集成度的迅速提高，傳統(tǒng)的電子封裝材料已經(jīng)無法滿足要求。

作為第三代電子封裝材料的代表，高體積分數(shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料（SiCp/Al）具有良好的參數(shù)匹配性、優(yōu)良的力學(xué)性能和熱性能，已在基于各種平臺的雷達設(shè)備中得到應(yīng)用。在利用其優(yōu)良特性的同時，不可避免地需要解決其加工過程的困難。

本文介紹了在某科研課題中遇到的碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料殼體的加工難題及其解決辦法。

二、關(guān)鍵加工工藝研究
某課題上使用的組件殼體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其屬于小型薄壁精密件，毛坯采用了碳化硅顆粒增強鋁基（SiCp/Al）復(fù)合材料。此種復(fù)合材料含60%碳化硅顆粒、40%鋁合金。

在研制前期，我們采用傳統(tǒng)的機械加工方法加工，結(jié)果存在刀具磨損嚴重、表面粗糙度值大等問題，加工相當(dāng)困難，難以滿足使用要求。同時，由于其成本高、效率低，批量生產(chǎn)時更是難以實施。因此，經(jīng)過反復(fù)討論，決定采用電加工工藝方法對其外形進行精加工。

電加工工藝方法的基本原理是：基于工具和工件之間的脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象，去除多余材料實現(xiàn)切割，適用于加工導(dǎo)電材料。我所通常使用電加工方法的工件材料為鋁合金、銅合金及鋼等金屬材料，而SiCp/Al復(fù)合材料中由于含有大量導(dǎo)電率差的碳化硅顆粒，會對電加工過程造成不利影響，如采用的參數(shù)不當(dāng)，必然難以滿足要求，甚至造成工件損壞。由于以前未接觸過此類材料的電加工，無任何加工經(jīng)驗可以借鑒，同時在文獻資料中也未查詢到可供參考的數(shù)據(jù)，因此擬采用加工試驗的方法摸索其適用的加工參數(shù)。

線切割試驗在現(xiàn)有高速走絲線切割設(shè)備上進行，開始試驗時,首先采用常用的加工鋼件的切割參數(shù)，結(jié)果在切割過程中出現(xiàn)頻繁的短路現(xiàn)象，易斷絲，切割速度極慢且無法切割出直線，基本上不能加工。在后續(xù)試驗中,對放電電流、脈沖寬度、脈沖間隔及放電電壓等參數(shù)進行調(diào)整和優(yōu)化，消除短路現(xiàn)象，使排屑順暢，逐步解決了材料的加工問題。具體的試驗參數(shù)、加工現(xiàn)象和結(jié)果如附表所示。

通過分析認為：在電加工過程中，導(dǎo)電性差的增強體材料主要以高溫的熔化、氣化及熱應(yīng)力作用下的脆性剝落形式被從基體蝕除。提高功率有利于該蝕除過程的進行，提高工作電壓并增加脈沖間隙保證有效排屑，可使放電過程連續(xù)進行，獲得較快的切割速度和較好的表面質(zhì)量。

接下來按此組參數(shù)又進行了數(shù)次加工試驗，結(jié)果表明加工質(zhì)量的一致性好，可用于工件加工。在隨后的工件電火花加工中，采用此組參數(shù)獲得了較好的加工效果，工件表面質(zhì)量良好，且加工速度達到了鋁合金材料加工速度的一半，效率較高。鈞杰陶瓷專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新精神、誠信合作、持續(xù)發(fā)展的理念。為新客戶提供優(yōu)異的品質(zhì)，完善的服務(wù)，良好的信譽，另外，本企業(yè)具有獨特的陶瓷件鏡拋光技術(shù)，保證了我們的產(chǎn)品的亮度、色澤，光潔度等性能優(yōu)于同類產(chǎn)品，受到廣大客戶的一致好評。鈞杰陶瓷期待與大家一起合作。咨詢鈞杰陶瓷聯(lián)系電話：134 128 56568。