碳碳復合材料加工方法

復合材料成為近幾年一個比較熱門的話題，這其中有金屬基和非金屬基的復合材料。碳碳（CC）復合材料是在碳纖維基礎上進行了石墨化增強處理的產品，具有質量輕，強度和彈性高的特點，產品能夠耐受2000℃的高溫，具有優良的性能。
金屬基復合材料，簡稱MMC，是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料。金屬基復合材料中以鋁基碳化硅最為常見，這種材料目前已被廣泛應用。據東莞市鈞杰陶瓷科技有限公司有關人士介紹，該公司2020年已接到超過100萬以上的該類材料精密加工訂單。我們預測鋁碳化硅未來幾年將有一個比較大的增長。

1、金屬基復合材料的分類
按基體材料分為：為鋁基，鎂基，鈦基，金屬間化合物基等復合材料；
按增強體類型分為：顆粒增強金屬基，層狀增強，纖維（長短及晶須）增強金屬基復合材料；
按用途分為：結構，功能，智能復合材料。
目前已鋁基、鎂基、鈦基復合材料發展較為成熟，已在航空航天，電子，汽車等工業中廣泛應用。
2、金屬基/CC復合材料的切削加工難點
（1）毛刺。由于切斷效果不好，使得材料周圍有剩余纖維。主要表現在CC復合材料中；

（2）分層。沿著刀具切削力的方向，如果切削力過大，通常會造成表面的材料被撕裂，造成分層。主要表現在CC復合材料中；

（3）刀具磨損。刀具磨損是復材加工中比較常見的問題。加工復材的纖維強度，樹脂種類等都會引起刀具的磨損。此類情況主要表現在金屬基復合材料中。

碳碳（CC）復合材料相比其他材料的優勢：

碳-碳（CC）復合材料的應用領域
（1）耐熱材料領域：優良的耐熱性能及低重量，可作為金屬熱處理過程中的工具，如燒制墊板，料盒以及高溫爐內耐溫材料，可以提高成品率及生產效率。
（2）摩擦材料領域：根據先進的制造技術，制造出的優良的耐磨產品，可用作夾具，剎車片，火車導電架的滑板等等。
（3）高機械性能領域：CC復合材料和C-CMC產品集質量輕，耐熱好，熱膨脹小，高強度，高彈性等優點于一身，可滿足產業界多重多樣的需要。
碳-碳（CC）復合材料加工用CDW302材質PCD刀具的優勢
（1）車削加工
車削加工是非常常見的基礎加工方法，通常適用于圓柱表面預定公差的實現。車削加工過程中，進刀速度、吃刀深度和切削速度切削三要素和刀具性能都會影響復合材料零件成品的表面質量。
CDW302材質是以硬質合金為基體，只有切削刃部位是金剛石材質，焊接牢固，不會造成脫焊現象，而且耐磨性和抗震性好，切削性能穩定，其中車削加工工序在碳碳復合材料坩堝零件中應用較多。
（2）CNC銑削加工
銑削加工是碳碳等復合材料機械加工中應用最多的一種方式，如尺寸較大、外形比較復雜的結構件、外壁較厚的復合材料零部件(尤其是噴氣發動機的外殼)需要進行大量的側銑和面銑加工，孔加工通常也會涉及到銑削。
復合材料的銑削加工通常采用CDW302材質PCD銑刀或者是涂層銑刀，對于尺寸較小的銑刀焊接PCD刃口很難，失敗率很高，這時就選擇金剛石涂層銑刀，CDW302材質是2μm和25μm的混合粒度，具有優良的耐磨性，刃口強度和刃口質量，其良好的韌性和較高耐磨性，確保復合材料零件的加工質量。
目前碳碳復合材料的經典加工案例有：高鐵、飛機剎車盤等，據東莞鈞杰陶瓷的技術人員介紹，該司目前已小批量加工出高精密碳碳高鐵剎車盤。

CNC銑削加工時，一定要選擇專用的陶瓷CNC，因為這種專用機床的防護性能更優異，及時長期加工也不會對機床造成磨損。目前陶瓷CNC專用機床的品牌有鑫騰輝數控、北京精雕等。

（3）鉆削加工
鉆削加工往往是復合材料零件的真正挑戰。在金屬零件上鉆孔時，只需去除工件材料并對孔進行清理即可。但鉆削復合材料則不同，在多層結構的復合材料上鉆孔時，鉆頭可能會推擠各層材料，并在出口一側造成不可接受的分層剝離、開裂等缺陷。用標準的金屬切削鉆頭鉆削復合材料工件，會將復合材料工件的鉆出孔口撕裂。因此，鉆削碳碳復合材料通常需要使用量身定制的專用鉆頭。
目前鉆削碳碳復合材料的鉆頭有鑲嵌PCD材質的鉆頭，和金剛石涂層鉆頭（右圖），其中PCD鉆頭常用材質是CDW302材質（左圖）。CDW302材質鉆削復合材料工藝穩定，產生較少的熱量；更佳的孔眼質量、精度和表面粗糙度。
而且大多數熱固性復合材料層合板在鉆孔后會產生收縮，因此精加工是要考慮一定的余量，即鉆頭尺寸要略大于孔徑尺寸，鉆孔時最好用墊板墊好，以免邊緣分層和外層撕裂。另外鉆頭必須保持鋒利，必須采用快速除去鉆屑和使工件溫升最小的工藝