鋁基碳化硅復合材料怎么切割

鋁基碳化硅復合材料怎么切割
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用。其中，從20世紀80年代開始，世界各國競相研發(fā)顆粒增強鋁基復合材料，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)金屬材料的設計理論進行結(jié)構(gòu)設計，可以簡化設計過程，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用范圍。

從軍工電子行業(yè)來看，隨著電子元器件的復雜性、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合材料（SiCp/Al）具有良好的參數(shù)匹配性、優(yōu)良的力學性能和熱性能，已在基于各種平臺的雷達設備中得到應用。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）復合材料。此種復合材料含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復合材料中由于含有大量導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，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，導電性差的增強體材料主要以高溫的熔化、氣化及熱應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，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。