時(shí)間：2022-12-30 09:24:24
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關(guān)鍵詞：金屬基；復(fù)合材料；加工技術(shù)
復(fù)合材料不僅具備了高性能、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，而且由于其結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性、長壽命與減重等特征，因而在航空航天領(lǐng)域之中的應(yīng)用變得愈來愈廣泛。復(fù)合材料是如今復(fù)材零件使用中周期偏長、成本偏高，而且風(fēng)險(xiǎn)也相當(dāng)大的一道工序。在我國創(chuàng)建復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)鏈過程中尚具有比較大的問題。有關(guān)配套加工技術(shù)還不夠成熟，因而在復(fù)合材料加工上的技術(shù)研究上投入的人、財(cái)、物力也具有不足之處，與西方國家先進(jìn)的材料加工技術(shù)研究比較起來尚有比較大的距離。正是由于復(fù)合材料加工技術(shù)尤其是金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)在諸多方面得到了非常多的運(yùn)用，所以加大材料加工技術(shù)的探究，顯得極為重要。
一、復(fù)合材料加工技術(shù)概述
復(fù)合材料是一種多相材料。這里所說的多相，主要是指具有兩種或以上的化學(xué)性能的相關(guān)材料。復(fù)合材料則是把多相材料通過諸多加工方法進(jìn)行加工而合成。復(fù)合材料具有的兩相分別為增強(qiáng)相與基體相。復(fù)合材料主要存在兩種加工技術(shù)，也就是常規(guī)加工方法與特種加工方法。常規(guī)加工法和金屬加工法是一樣的，加工手段相對(duì)較為簡單，而工藝也比較成熟。但是，一旦加工復(fù)雜工件之時(shí)就會(huì)對(duì)刀具造成極大的磨損，其加工的質(zhì)量不夠好，且在加工中形成的粉末極易對(duì)人體造成極大的影響。后者相對(duì)來說比較容易加以監(jiān)控，而在加工的過程中，切削刀具和被加工的工件接觸量非常小以至于為零，這就十分有利于自動(dòng)化加工。然而，由于復(fù)合材料所具有的復(fù)雜性，導(dǎo)致特種加工之運(yùn)用也會(huì)遭受限制，因此，一般來說，常規(guī)性加工的運(yùn)用比較多。
二、金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)分析
所謂金屬基復(fù)合材料，主要是指以金屬及合金為基礎(chǔ)，使用陶瓷顆粒和纖維等為強(qiáng)化材料復(fù)合起來的一種高質(zhì)量的材料。因?yàn)檫@類材料具備了強(qiáng)度比較高、耐熱與耐磨、穩(wěn)定性高等良好的性能，從而讓這類材料已經(jīng)成為諸多實(shí)踐領(lǐng)域之中最具有吸引力的一類材料。該材料大量運(yùn)用在航空和軍事等諸多領(lǐng)域。在金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)過程之中，為切實(shí)降低材料的生產(chǎn)成本與提升性能，通常是先把該材料制作為鑄錠與初級(jí)板材之后，再通過二次加工成形以制做出能夠直接運(yùn)用的零件等。由于精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)精密化、潔凈化、精度較高的材料需求量不斷增加，精準(zhǔn)化與高韌度的金屬基復(fù)合材料市場份額變得愈來愈大。所以，對(duì)這種復(fù)合材料的加工技術(shù)進(jìn)行深入研究，對(duì)于推動(dòng)機(jī)械加工技術(shù)的推廣運(yùn)用具備了十分突出的實(shí)際意義。
三、金屬基復(fù)合材料加工的具體技術(shù)手段
一是切削加工技術(shù)手段。金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段。通過認(rèn)識(shí)與把握材料切削加工的常見規(guī)律，準(zhǔn)確選擇刀具與切削的用量，這樣一來才能確保加工質(zhì)量以及相當(dāng)高的成效。使用硬質(zhì)合金以及高速鋼等為主要的切削刀具，探究了碳化硅顆粒提高鋁基復(fù)合材料之中的碳化硅含量和尺寸等參數(shù)對(duì)于切削加工性能所造成的影響。有研究證明碳化硅的顆粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所產(chǎn)生的磨損度也更加快。碳化硅的顆粒一旦比較粗大，其加工工件的外表也就會(huì)相當(dāng)粗糙，而且隨著顆粒含量持續(xù)增加而不斷增加，復(fù)合材料對(duì)于刀具造成的磨損也會(huì)越大。使用聚晶金剛石刀具，可以對(duì)顆粒增強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料的制備性能進(jìn)行深入研究。在達(dá)到某種切削速度之時(shí)，材料對(duì)于刀具所造成的損耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比較好。在運(yùn)用常見加工設(shè)備之時(shí)，側(cè)重于刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新，這是提升工作效率的更具有可行性的方式。
二是線切割加工技術(shù)手段。傳統(tǒng)意義上的刀具只適合于加工體粒徑比較小而且含量比較少的那些復(fù)合材料。當(dāng)體粒徑不斷增加而且含量不斷增多之后，高速鋼與硬質(zhì)合金等普通刀具的磨損相當(dāng)快，即便于選擇了高硬度刀具加以切削，其使用壽命也難以讓使用者滿意。因?yàn)檫@一情況，把特種加工法運(yùn)用到此類材料之中就非常有必要。當(dāng)前運(yùn)用電火花線來切割加工顆粒以強(qiáng)化復(fù)合材料的研究已經(jīng)有了大量的報(bào)道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度則是十分重要的加工參數(shù)。通過探究電參數(shù)對(duì)于電火花線進(jìn)行切割加工，可以對(duì)復(fù)合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影響。使用掃描電鏡來分析復(fù)合材料線所切割的加工外表的樣貌。脈沖的間隔對(duì)于外表粗糙度的影響并不是很大，在其達(dá)到了某種程度之時(shí)，表面上的粗糙度往往不會(huì)受到影響。通過選擇比較大的峰值電流以及比較短的脈沖寬度，可以對(duì)復(fù)合材料實(shí)施比較理想的電火花線進(jìn)行切割和加工。這類材料的線切割加工必須要科學(xué)地選擇電加工的參數(shù)，電極間的電壓一定要高出間隙以擊穿電壓，合理地確定電極與工件彼此間所具有的距離，合理地選擇電介液絕緣力而且對(duì)間隙污染實(shí)施合理評(píng)估與清除。
三是磨削加工手段。對(duì)金屬基復(fù)合材料實(shí)施磨削加工，主要是指運(yùn)用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余層，可以讓工件的外表質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)定要求的一些加工手段。如今，經(jīng)常見到的金屬基復(fù)合材料磨削加工手段主要包括了外圓磨削、內(nèi)圓磨削以及成形面磨削等。這類材料所具有的磨削特點(diǎn)受到了增強(qiáng)相以及其所用的砂輪類型造成的影響，提高材料所具有的磨削方式，而軟性金屬堵塞砂輪則是砂輪喪失效力的一個(gè)重要因素，而磨削加工過程中所出F的主要問題就是砂輪的堵塞、磨削區(qū)出現(xiàn)冷卻。所以說，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件之下，磨削顆粒增強(qiáng)型的復(fù)合材料之中，碳化硅砂輪的表現(xiàn)相當(dāng)突出，其在磨削力、粗糙度等各個(gè)方面均超出了CBN以及金剛石磨料砂輪等材料。利用陶瓷基SiC砂輪以及樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪等對(duì)增強(qiáng)型復(fù)合材料所實(shí)施的磨削證明了SiC砂輪可用于粗磨之中。在粗磨過程中，工件磨削表面上會(huì)產(chǎn)生基體金屬涂敷等問題，從而切實(shí)地降低表面具有的粗糙度。金剛石砂輪十分適合于進(jìn)行精磨。在精磨過程中，基體材料并無顯著的涂敷狀況。利用細(xì)粒度金剛石砂輪，可以對(duì)1um深的磨削區(qū)實(shí)施材料的延性化磨削，其表面和亞表面并無裂紋或者缺陷出現(xiàn)，能夠促進(jìn)增強(qiáng)相之延性。所以說，磨削是金屬基復(fù)合材料加工當(dāng)中極有發(fā)展前景的加工方式之一，能實(shí)現(xiàn)無損化加工。
四是鉆削和振動(dòng)切削加工手段。碳化硅鋁基復(fù)合材料的性能有別于普通鋼鐵材料，一般是使用整體或者涂層金剛石鉆頭實(shí)施孔加工。鉆削加工當(dāng)中出現(xiàn)的刀具磨損以及加工表面質(zhì)量則是判斷其可加工性能的重要指標(biāo)。對(duì)鋁合金復(fù)合材料刀具所產(chǎn)生的磨損以及表面質(zhì)量開展試驗(yàn)性研究。在鉆削鋁合金復(fù)合材料的過程之中，鉆頭磨損如果發(fā)生于后刀面，產(chǎn)生磨損的原因則是磨料的磨損。運(yùn)用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)鉆頭后和切削速度方向保持一致的磨損溝，而鉆頭的橫刃與外緣處也存在著磨損。刀具耐用度首推YG8鉆頭，TiN涂層以及深冷鉆頭質(zhì)量較次，而HSS鉆頭則是最差的。當(dāng)前，國內(nèi)外對(duì)于金屬基復(fù)合材料振動(dòng)切削與加工的研究相對(duì)較少。超聲振動(dòng)切削作為特種加工技術(shù)手段之一，具備了減小切削力與降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延長刀具壽命等特點(diǎn)。通過對(duì)鋁基復(fù)合材料所進(jìn)行的振動(dòng)切削開展研究，把振動(dòng)切削復(fù)合材料的所具有的切屑形態(tài)、變形系數(shù)以及剪切角切削形貌與粗糙度、殘余應(yīng)力等開展對(duì)比與研究，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)切削鋁基復(fù)合材料具備了降低切屑變形、降低表面損傷程度與粗糙度、加大表面壓應(yīng)力等功能，這樣一來就為金屬基復(fù)合材料實(shí)施精密化切削探索出了一條嶄新的發(fā)展途徑。
四、結(jié)束語
綜上所述，復(fù)合材料加工技術(shù)均有各自不同的特色，其中金屬基復(fù)合材料屬于具備組分材料難以擁有的全新優(yōu)質(zhì)性能的一種先進(jìn)材料。因?yàn)閺?fù)合材料的制造成本相對(duì)來說比較高，所以在其加工的過程之中應(yīng)當(dāng)盡可能地提升材料的利用率，切實(shí)降低能源所產(chǎn)生的消耗，推動(dòng)我國清潔材料的生產(chǎn)。目前階段，應(yīng)當(dāng)致力于發(fā)展各類二次成形之后的零件不再需要進(jìn)行加工或少加工即可得到成品的技術(shù)，從而不斷推動(dòng)金屬基復(fù)合材料的精密化、清潔化與高效化生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
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[2]程秀全. 航空工程材料[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.
【關(guān)鍵詞】金屬基復(fù)合材料 性能 關(guān)鍵技術(shù)
一、背景
20世紀(jì)60年代，美國航天飛機(jī)主艙體的主龍骨的支柱就采用了硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；20世紀(jì)80年代初期，逐漸強(qiáng)化對(duì)碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備工藝技術(shù)研究力度，如壓鑄、半固態(tài)復(fù)合鑄造以及噴射沉積和原位金屬直接氧化法、反應(yīng)生成法。80年中期開始加強(qiáng)對(duì)金屬基復(fù)合材料界面穩(wěn)定性研究。
二、金屬基復(fù)合材料特征性能內(nèi)容
高強(qiáng)度、高模量、低密度的增強(qiáng)纖維的加入，使MMC的比強(qiáng)度和比模量成倍地提高；良好的高溫穩(wěn)定性和熱沖擊性。金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，加上增強(qiáng)材料主要為無機(jī)物，在高溫下具有很高的強(qiáng)度和模量，因此MMC比基體金屬具有更高的高溫性能；熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好；良好的導(dǎo)熱性；不吸潮、不老化、氣密性好。
三、MMC的制備工藝和制備方法研究
金屬基復(fù)合材料的制備工藝研究主要包含以下幾個(gè)方面：金屬基體和增強(qiáng)物的結(jié)合方式和結(jié)合性；增強(qiáng)物在金屬基體中的混合分布情況；降低成本，復(fù)合材料硬度、穩(wěn)定性的提升；避免連續(xù)性纖維在制作中的出現(xiàn)傷損狀況。
目前制備方法有固態(tài)法，液態(tài)法，噴涂噴射沉積，原位復(fù)合等。
（一）固態(tài)法。固態(tài)法指在制備過程中把纖維、顆粒等與金屬基體按照原始設(shè)計(jì)要求，通過低溫、高壓條件將二者復(fù)合粘結(jié)，最終形成金屬基復(fù)合材料。該制備方法整個(gè)工藝保持在低溫環(huán)境下、且金屬材料和纖維、顆粒等增強(qiáng)物狀態(tài)呈現(xiàn)為固態(tài)、界面反應(yīng)不嚴(yán)重。固態(tài)法制備工藝包含以下兩個(gè)方面：
1.擴(kuò)散結(jié)合。擴(kuò)散結(jié)合是指金屬材料在一定溫度和壓強(qiáng)下，把新鮮清潔表面的金屬和增強(qiáng)材料，通過表面原子的互相擴(kuò)散而連接在一起的固態(tài)化焊接技術(shù)。如圖
2.粉末冶金。粉末冶金（Powder Metallurgy）適應(yīng)范圍廣，對(duì)于長纖維、短纖維、顆粒性金屬基增強(qiáng)材料的制備都適合，粉末冶金制作工藝是將金屬材料和增強(qiáng)物（顆粒、纖維等）按照一定要求混合，并經(jīng)過壓制、燒結(jié)及后期一系列處理工藝制成金屬基復(fù)合材料。在制備過程中，為提升該方法產(chǎn)品的壓制性和燒制收縮率，可根據(jù)實(shí)際需要加入液相燒結(jié)組元，通過這種工藝制備的金屬基復(fù)合材料可有效增強(qiáng)其室、常溫條件下材料的硬度、耐磨度的部分。[1]粉末冶金法工藝過程如下圖
（二）液態(tài)法。液態(tài)法包含壓鑄、半固態(tài)的符合鑄造、攪拌法和無壓滲透法等，根據(jù)其內(nèi)容劃分又稱之為“熔鑄法”。這些方法的共同持點(diǎn)是金屬基體在制備復(fù)合材料時(shí)均處于液態(tài)。這種方法優(yōu)點(diǎn)顯著，成本低、基礎(chǔ)設(shè)施要求不高，且只需要一次性即可完成，它的這些優(yōu)勢(shì)決定其可批量大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)。其中日本松下潤二 采用離心鑄造法制造出AlSi 基石墨增強(qiáng)復(fù)合材料[2]。
（三）噴涂與噴射沉積。噴涂沉積主要應(yīng)用于纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的預(yù)制層的制備，亦可以作為獲取層狀復(fù)合材料坯料的方法。該工藝主要用作顆粒型金屬復(fù)合材料的制作，其最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)增強(qiáng)材料、金屬潤濕要求不高，接觸時(shí)間較短且界面反應(yīng)量少。
（四）原位復(fù)合。解決了增強(qiáng)材料與金屬基體之間的相容性問題、即增強(qiáng)材料與金屬基體的潤濕性要求。解決了高溫下的界面反應(yīng)等。例如：
四、技術(shù)關(guān)鍵以及難點(diǎn)
主要是加工溫度高，性能波動(dòng)，成本高以及制造工藝中的金屬基復(fù)合材料中的金屬與增強(qiáng)物的相容性。
五、應(yīng)用前景
金屬基復(fù)合材料獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，決定其必然在將來得到廣泛利用，并得到規(guī)模生產(chǎn)，且伴隨著科技發(fā)展，其成本亦會(huì)變得越來越低。當(dāng)前就工藝技術(shù)而言，鑄造法和原位復(fù)合法得到廣泛應(yīng)用，前者工藝流程簡易、且成本廉價(jià)，而后者具備優(yōu)良工藝特征，具備極強(qiáng)發(fā)展前景。若將來可綜合二者，金屬基復(fù)合材料將會(huì)取得更為顯著的成果。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】金屬基復(fù)合材料；制備工藝；問題
制備金屬基復(fù)合材料是一項(xiàng)十分復(fù)雜且重要的工作，制備工藝包括很多方面，而顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料作為整個(gè)制備工藝中最重要的一種方法，其制備工藝水平和質(zhì)量將直接影響著整個(gè)金屬基復(fù)合材料制備工藝的質(zhì)量，關(guān)系著后期復(fù)合材料的使用周期和使用壽命，甚至?xí)绊憴C(jī)械性能。因此，探討、分析顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備工藝具有重要的作用和意義，只有材料研究工作人員重視工作、研究工作中顆粒在金屬基復(fù)合材料制備中的應(yīng)用，最終，才能提高整個(gè)金屬基復(fù)合材料制備工藝的水平和質(zhì)量。
一、基體和顆粒增強(qiáng)相的選擇
基體和增強(qiáng)相的選擇是影響制備金屬基復(fù)合材料重要因素之一，在制備時(shí)，需要兩者有良好的濕潤性，只有滿足相應(yīng)的要求，才能將其進(jìn)行良好的結(jié)合，促進(jìn)成品綜合性能的提高。
（一）基體的影響
按照基體的不同，將顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料分為：銅基、鈦基、鋅基以及鋁基等復(fù)合材料。通常金屬基體必須具備一定的成型性和流動(dòng)性，只有這樣才能將其與增強(qiáng)顆粒進(jìn)行有效的復(fù)合。但是，由于金屬基體的熔點(diǎn)高，因此容易發(fā)生界面反應(yīng)和氧化反應(yīng)，而這些材料很容易對(duì)復(fù)合材料的制備造成不利影響。
（二）增強(qiáng)顆粒的影響
當(dāng)前制備金屬基復(fù)合材料中，我們需要解決的問題主要是如何能夠在金屬基體中將顆粒增強(qiáng)相均勻分布其中，同時(shí)還要保證兩者能夠良好的結(jié)合。本文主要分析的是陶瓷顆粒增強(qiáng)相，選擇陶瓷顆粒增強(qiáng)相不僅要考慮顆粒增強(qiáng)相的制備工藝和應(yīng)用條件，同時(shí)，還要考慮成本多少等因素。影響制備工藝的因素主要有兩個(gè)：顆粒尺寸和顆粒形狀。其中顆粒自身的尺寸越小其表面能就越大，因此，顆粒的粘黏性就越大。顆粒的形狀為圓形時(shí)，顆粒周邊的應(yīng)變分布不僅較為均勻而且應(yīng)變較小。
（三）潤濕性
增強(qiáng)體顆粒和金屬基體之間的潤濕性，能夠起到增強(qiáng)相顆粒進(jìn)入金屬基體、改善復(fù)合材料的綜合性能以及細(xì)化晶粒的作用。如果增強(qiáng)體顆粒和金屬基體之間的潤濕性沒有得到改善，那么上述介紹的作用也就不復(fù)存在了。改善兩者之間的潤濕性可以通過添加合金元素、對(duì)增強(qiáng)顆粒表面進(jìn)行處理等方式。
二、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備工藝
顆粒增強(qiáng)金屬復(fù)合材料發(fā)展到現(xiàn)在大約已經(jīng)有30年，從發(fā)展到現(xiàn)在，材料研究人員一直對(duì)金屬基復(fù)合材料的控制界面反應(yīng)途徑、界面反應(yīng)規(guī)律以及高效的制備方法等方面進(jìn)行了大量的研究，并且取得了很多重要的成果，從而在很大程度上促進(jìn)了金屬基復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備方式有很多種，主要如下：
（一）攪拌鑄造法
攪拌鑄造法主要是在基體金屬液中加入適量的增強(qiáng)體，然后通過將攪拌器進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)從而促使基體金屬液相和固相充分混合均勻，待其攪拌均勻后澆入鑄造模型中。如何將增強(qiáng)體均勻分布于基體中并且還要良好的與界面結(jié)合是該方法中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。攪拌鑄造法主要分為兩種：一種是真空攪拌鑄造法，另一種是非真空攪拌鑄造法。
我國部分研究人員在真空攪拌鑄造法的基礎(chǔ)上成功制備出，諸如20vo%l SiC顆粒增強(qiáng)A356基復(fù)合材料等。并且根據(jù)澆筑方式、攪拌時(shí)間以及真空度等方面通過相應(yīng)的研究，探討了通過降低攪拌鑄造法制造鋁基復(fù)合材料的孔隙率的措施。攪拌鑄造法具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、能夠大規(guī)模生產(chǎn)以及成本較低等。但是同時(shí)也存在一定的缺陷，例如界面反應(yīng)、均勻分布性、陶瓷顆粒的偏距等問題。除此之外，非真空攪拌鑄造過程中，由于會(huì)吸入大量的氣體，從而導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生氣孔。
（二）擠壓鑄造法
擠壓鑄造法在制備金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用的非常廣泛，該方法主要是將作為預(yù)制塊的增強(qiáng)體放入模具中，然后進(jìn)基體合金溶液澆入模具中，隨后在模板上施加相應(yīng)的壓力從而制成成品。復(fù)合材料和基體相比，其抗拉強(qiáng)度和彈性模量都有顯著的提升。擠壓鑄造法有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)范圍可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整、冷卻速度快、易于大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)周期短等。同時(shí)，擠壓鑄造法中還存在一定的問題：制造形狀復(fù)雜的制件難度較大等。
（三）半固態(tài)攪熔復(fù)合法
半固態(tài)攪熔復(fù)合法主要是通過將處于半固態(tài)情況下的金屬合金進(jìn)行攪拌，將金屬合金液以及強(qiáng)項(xiàng)顆粒充分的融入金屬溶液中，從而達(dá)到顆粒增強(qiáng)的目的。我國部分研究人員通過利用該種方法成功制備出了Al2O3/A復(fù)合材料等。
（四）熔體浸滲法
熔體浸滲法主要是在直接金屬氧化法制備工藝的基礎(chǔ)上提出的。熔滲法主要是在相應(yīng)的溫度條件下，將金屬或是合金熔體能夠自發(fā)滲入預(yù)制塊體中。壓力浸滲以及無壓浸滲是熔體浸滲的兩種方式，壓力浸滲主要是金屬熔體通過機(jī)械裝置或者惰性氣體產(chǎn)生的壓力，將其滲入到預(yù)制塊中，該方法制備出的金屬基復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到50%。無壓浸滲主要是指在制備過程中不需要任何的壓力，通過大氣并結(jié)合助滲劑，將合金液體能夠滲入到增強(qiáng)粒子之間，從而實(shí)現(xiàn)形成復(fù)合材料的目的。無壓滲透制備出的體積分?jǐn)?shù)要高于壓力滲透制備出的體積分?jǐn)?shù)。熔體浸滲法和攪拌鑄造法相比，可以制備出的體積分?jǐn)?shù)較大的復(fù)合材料。但是，同樣也存在一定的缺陷，例如界面反應(yīng)、晶粒尺寸粗大、預(yù)制塊的變形等問題。
（五）粉末冶金法
粉末冶金法主要分為以下幾個(gè)步驟：1、將增強(qiáng)粉末和基體粉末充分混合。2、將其混合后，采取球磨壓實(shí)。3、采用不同的制備工藝將其在干燥的狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)。這三個(gè)步驟是影響最后制備的復(fù)合材料微觀組織和使用性能主要的因素。相關(guān)研究表明，已經(jīng)有研究人員通過對(duì)粉末冶金法的應(yīng)用，成功地制備出了一種納米SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。并通過相關(guān)研究實(shí)踐證實(shí)，復(fù)合材料和純鋁相比，其布氏硬度整體提高了20%。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)就是所有種類的增強(qiáng)相都可以使用、可以將所有的合金作為基體材料并且還可以制備出大體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料且沒有界面反應(yīng)。但是，該方法同樣也存在一定的問題，主要是形狀容易受到限制、制備的時(shí)間較長、制備工藝相對(duì)復(fù)雜以及成本耗費(fèi)量大等。
結(jié)束語
綜上所述，本文主要分析了顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備工藝。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，取得了很多重大成果。該種材料不僅易于二次加工，而且耐磨性強(qiáng)，同時(shí)，價(jià)格也相對(duì)便宜且制備工藝較為簡單。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文中存在的不足，提出指正建議，為提高我國顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備工藝的提高做出重要的貢獻(xiàn)。
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Abstract： In this paper， through the introduction of the current situation of the development of water-based ink and metallic ink， including the introduction of resin， binders and additives. They are combined with the most useful ingredients so far. Therefore， a new kind of water-based gravure ink metal is put forward to replace the processing technology of paper and aluminum composite in the cigarette package. Now， the residual substances such as glue and adhesive used in the paper aluminum composite process are harmful to people's health. Smoking is harmful to health， but there is no harm in packaging. So， it is important to avoid the formation of harmful substances in the packaging to avoid the added mistake.
關(guān)鍵詞： 水性油墨；金屬油墨；樹脂；連結(jié)料；助劑；水性金屬凹印油墨
Key words： water-based ink；metal ink；resin；binders；additives；water-based metal gravure ink
中圖分類號(hào)：TQ630.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0131-03
0 引言
近年來，伴隨著工業(yè)化的發(fā)展，國家對(duì)印刷行業(yè)低碳環(huán)保要求的不斷深入，對(duì)低碳環(huán)保型的印刷油墨需求越來越迫切，油墨市場的低碳競爭日趨激烈、環(huán)保低碳的呼聲愈來愈高，傳統(tǒng)的溶劑型（苯或酯）類油墨已不能適應(yīng)和滿足現(xiàn)代印刷業(yè)的發(fā)展需求，具有環(huán)保性、低碳性、無毒無污染、適應(yīng)國家環(huán)保發(fā)展需要的水性金屬油墨亟待推出。
作為一種新型的環(huán)保油墨，水性金屬油墨的探索響應(yīng)了我國綠色印刷的號(hào)召，加速了綠色進(jìn)程，其主要優(yōu)勢(shì)有：不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，不僅能減少印刷品表面殘留的有害物質(zhì)，易于印刷設(shè)備清洗，還能降低由于靜電和易燃溶劑引起的火災(zāi)隱患。唯一不足的是現(xiàn)有的技術(shù)水平印刷出來的產(chǎn)品僅能達(dá)到現(xiàn)有揮發(fā)性溶劑油墨的金屬光澤和印刷效果的70%。
1 水性凹版油墨的發(fā)展
1.1 凹版印刷原理
在印刷過程中，印版滾筒的一部分浸漬于墨槽中并在墨槽中滾動(dòng)，使整個(gè)印版表面涂滿油墨，然后用刮刀刮去印版空白部分的油墨，使圖文部分著墨，非圖文部分不著墨，再由壓印機(jī)將凹下的圖文部分油墨壓印到承印物表面，完成油墨向承印物的轉(zhuǎn)移[1]。
凹版油墨的黏度很低，并且有大量揮發(fā)性的有機(jī)溶劑，生產(chǎn)凹印油墨時(shí)一般用球磨機(jī)或砂磨機(jī)研磨，以減少溶劑揮發(fā)[2]?，F(xiàn)在，工業(yè)材料、包裝裝潢印刷等都采用了凹版印刷，其中包括塑料（聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龍等）、鋁箔、卡、玻璃紙等。目前，對(duì)產(chǎn)品不斷創(chuàng)新是促進(jìn)油墨增長的一條不錯(cuò)的途徑[3]。
1.2 國外水性油墨的發(fā)展
早在20世紀(jì)60年代，由于環(huán)保的要求和石油原材料的緊張，一些發(fā)達(dá)國家逐漸限制使用石油產(chǎn)品制造印刷油墨。由此人們開始研究非有機(jī)溶劑型油墨，使得水性油墨取得了較大的進(jìn)展。
到了20世紀(jì)70年代，由于石油危機(jī)，導(dǎo)致油墨用原材料再度緊張，同時(shí)對(duì)于食品等包裝的要求也進(jìn)一步提升。水性油墨經(jīng)過不斷的升級(jí)，解決了光澤度和印刷適性等方面的不足，最終促進(jìn)了水性油墨的發(fā)展。在美國，95%的柔版印刷品和80%的凹版印刷品采用了水性油墨；在日本，70%的柔性版印刷用于瓦楞紙箱行業(yè)，其中95%的業(yè)務(wù)使用的是水性油墨。
1.3 國內(nèi)水性油墨的發(fā)展
我國近代水性油墨的發(fā)展首先是從網(wǎng)印用水性油墨開始的，是利用一些水溶性淀粉、骨膠之類的天然高分子物質(zhì)作為連接料，與顏料研磨得到水性油墨，人們習(xí)慣稱之為皮漿，用于絲網(wǎng)印刷。對(duì)于油墨環(huán)保性能的要求的越來越高，已有部分水基凹印油墨開始使用，最早使用的水性油墨是用一種溶于乙醇和堿性水溶液的天然樹脂蟲膠作為連接料，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，松香、馬來酸改性樹脂成為了油墨中主要的成分。
1.4 水性金屬油墨的現(xiàn)狀
同其他油墨一樣，金、銀墨主要也是由顏料和連結(jié)料兩大部分組成的，簡單的說金墨是用搗墨法制成的金粉和調(diào)金油調(diào)配而成的印刷油墨，銀墨是由鋁粉和調(diào)銀油墨而成的。不同于溶劑型金屬顏料，水性金、銀墨使用的水性金屬顏料需要進(jìn)行特殊的表面處理，從而獲得親水性和耐水性，更好地分散于水環(huán)境，適應(yīng)強(qiáng)極性高張力體系[4]。
但是水性金屬顏料粉末是細(xì)顆粒物，長時(shí)間懸浮與空氣中造成一定的空氣污染。
2 油墨用樹脂等助劑的研究現(xiàn)狀
2.1 樹脂的研究現(xiàn)狀
油墨樹脂常見的有水性氨基樹脂、馬來酸樹脂、羥甲基纖維素、水溶性丙烯酸樹脂、氨基甲酸乙酸樹脂、松香改性酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚酰胺樹脂等。其中水性丙烯酸樹脂由于它在光澤度、耐熱性、耐水性、光澤、著色性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在國外大多數(shù)采用它作榱結(jié)料。具體優(yōu)勢(shì)如表1所示。
應(yīng)用于水性油墨的丙烯酸樹脂可分為兩類：一類是乳液型；一類是水溶型。水溶型丙烯酸樹脂干燥速度慢，連續(xù)成膜型差，一般都配合其他乳液使用。
2.1.1 松香改性酚醛樹脂
松香改性酚醛樹脂是由酚與醛在催化劑作用下縮合，再與松香進(jìn)行反應(yīng)，之后經(jīng)過多元醇酯化得到得。
松香改性酚醛樹脂顏色為透明黃棕色，能容與大多數(shù)有機(jī)溶劑。主要使用的為以下4種：
①210松香改性酚醛樹脂；
②2116松香改性酚醛樹脂；
③2118松香改性酚醛樹脂；
④2134松香改性酚醛樹脂。
2.1.2 聚氨酯樹脂
聚氨酯樹脂能溶于醇、酯等溶劑或其他混合溶劑，并且不需要依靠毒性很大的苯溶劑，因此可以用來生產(chǎn)符合環(huán)保要求的油墨。
①PU-3401聚氨酯樹脂；
②PU-3403聚氨酯樹脂；
③PU-1818L聚氨酯樹脂。
2.1.3 聚酮樹脂
聚酮樹脂是由環(huán)己酮-醛縮合的中性、淡黃透明并且不會(huì)皂化的樹脂。它的分子鏈上的羰基和羥基官能團(tuán)可以使其可溶于乙醇或異丙醇溶劑中。酮-醛縮聚過程中可以提高涂膜的光澤度和韌性。
2.2 連結(jié)料的研究現(xiàn)狀
油墨連結(jié)料是油墨的關(guān)鍵組成部分，能夠?qū)㈩伭霞爸鷦┑冉M合在一起，形成具有流動(dòng)性能的油墨混合物。主要是由樹脂、有機(jī)溶劑及輔助劑制成，一般需要通過加熱反應(yīng)生產(chǎn)。
2.3 助劑的研究現(xiàn)狀
助劑的種類很多，其中包括消泡劑，表面活性劑，增塑劑，催干劑，流平助劑，光引發(fā)劑等。
消泡劑主要用于黏度較低的油墨，這些油墨在傳輸過程中有可能混入大量的空氣，產(chǎn)生氣泡。在油墨印刷過程中，刮刀將油墨從制版上刮下或從印輥上流下來，油墨之間會(huì)產(chǎn)生撞擊，也會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡。目前使用比較多的是聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑。它無毒、無污染、揮發(fā)性低、消泡能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
表面活性劑是指少量加入即能明顯地改變表面各種性質(zhì)的物質(zhì)。油墨是由固體物質(zhì)分散在液體物質(zhì)中形成的分散體系，加入表面活性劑的目的是為了使油墨中各組分能夠均勻分散。
增塑劑在油墨中被視為一種永久的溶劑，因?yàn)樗膿]發(fā)性較差，具有保留性。油墨印刷在承印物上，會(huì)形成一個(gè)墨膜，我們希望它有彈性有強(qiáng)度，可以忍受折疊和揉搓，所以必須加入增塑劑才能形成較好的墨膜。目前使用最廣泛、效果最好的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯。
使用催干劑是為了促進(jìn)油墨在印品上的干燥速度。常見的有鈷催干劑、錳催干劑和鉛催干劑。
流平助劑可以使油墨表面平整光滑，使印品光澤度好并減少針孔現(xiàn)象。目前為止采用的是長鏈硅樹脂，例如二苯基聚硅氧烷，它也是一個(gè)表面活性劑，可以提高油墨對(duì)承印物的潤濕性，并且改善流平性。
光引發(fā)劑又稱光敏劑或光固化劑，主要用于UV金屬油墨，在紫外光的照射下發(fā)生固化反應(yīng)，迅速干燥成膜。選用2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化磷、1-羥基苯基環(huán)己酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一種或多種。
3 水性金屬油墨凹印工藝的研究
3.1 工藝過程
接通電源，檢查機(jī)器-預(yù)熱-固定原料于放料口-脫開壓臂，壓軸動(dòng)力-放置襯紙-收卷軸穿入收盤紙芯管-固定襯紙-安裝刮刀-檢查輸氣系統(tǒng)-放置涂料-打開色泵-放置鋁箔-打開并調(diào)節(jié)吹風(fēng)機(jī)、主電機(jī)-調(diào)節(jié)機(jī)器轉(zhuǎn)速-調(diào)整放料軸-控制機(jī)器轉(zhuǎn)速-注意機(jī)器補(bǔ)料及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況-防止烘烤過度-關(guān)閉風(fēng)機(jī)，清洗施膠輥-斷開成品，放置備用收卷軸-根據(jù)停機(jī)時(shí)間，清洗機(jī)器-生產(chǎn)結(jié)束后關(guān)閉電源-清理現(xiàn)場，規(guī)整工具。
3.2 配料及工藝參數(shù)
采用表2水性凹印金屬油墨配方印刷出來的成品經(jīng)檢驗(yàn)可以達(dá)到紙鋁復(fù)合或真空鍍鋁效果的70%。
4 未來研究方向與展望
未來水性金屬凹印油墨必然會(huì)逐漸成為市場主導(dǎo)并且取代現(xiàn)有的溶劑型油墨，甚至達(dá)到并超過現(xiàn)有的紙鋁復(fù)合以及真空鍍鋁紙的效果。但是，目前的主要問題就是用水和乙醇作為溶劑會(huì)影響印刷的干燥速度，印刷出來的效果不但沒有超過現(xiàn)有的采用苯及甲苯作為溶劑的效果，而且或許遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，同時(shí)通過與真空鍍鋁紙和紙鋁復(fù)合方式的對(duì)比，效果只能達(dá)到其70%，這就需要研究人員在未來的探索中繼續(xù)突破。另外采用的水性金屬凹印油墨需要配有特殊的工藝以及對(duì)機(jī)器設(shè)備的特殊要求，例如凹印輥的改造等問題都有待解決。水性金屬油墨未來的大方向或許向納米級(jí)別進(jìn)軍，能否代替現(xiàn)有的色漿，這將是一個(gè)里程碑式的進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料；網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)體；潤濕性；泡沫陶瓷；鑄造方法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：TB331 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0070-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.036
網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備是采用鑄造方法，以金屬作為基體，以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)陶瓷骨架作為增強(qiáng)相，將金屬液澆注到網(wǎng)絡(luò)陶瓷的孔隙內(nèi)部形成復(fù)合材料。此法制備的復(fù)合材料具有高耐磨性、高耐蝕性、高強(qiáng)度和高硬度等特點(diǎn)，是研究新型復(fù)合材料的一個(gè)新突破點(diǎn)。
1 研究現(xiàn)狀
國內(nèi)對(duì)網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究主要集中在Al和Mg等輕金屬方面，而對(duì)鋼鐵等重金屬的研究較少。耿浩然等制備了Si3N4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)陶瓷預(yù)制體骨架，然后利用無壓浸滲理論制備出Si3N4/Mg復(fù)合材料、Si3N4/Al復(fù)合材料和Al2O3/Mg復(fù)合材料。以上網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究僅限于輕金屬。邢宏偉等用擠壓鑄造法制備了三維網(wǎng)絡(luò)SiC/銅合金基復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，骨架孔徑的減小有細(xì)化晶粒、減輕偏析和抑制鉛的偏聚等作用。骨架的存在使錫均勻分散于復(fù)合材料網(wǎng)孔邊緣SiC骨架表層附近的微小區(qū)域。張友壽等通過鑄造法使金屬液滲入粗顆粒陶瓷預(yù)制體間隙來獲得金屬陶瓷復(fù)合材料，但是對(duì)陶瓷顆粒的尺寸要求極為嚴(yán)格。李祖來等利用V-EPC法以陶瓷WC顆粒作為增強(qiáng)體，使用高碳鉻鐵粉末來調(diào)節(jié)WC顆粒的體積分?jǐn)?shù)，制備出了表面質(zhì)量好、尺寸精度高、耐磨性能高的表面復(fù)合材料。
由于連續(xù)網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究目前還處于起步階段，國內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道比較少，如何將二者結(jié)合制成復(fù)合材料，開發(fā)具有良好的強(qiáng)韌性能和高的抗磨損性能的新型金屬基復(fù)合材料是我們下一步工作研究的重點(diǎn)。
2 網(wǎng)狀陶瓷的性能要求
作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的網(wǎng)狀陶瓷預(yù)制體必須具有以下特點(diǎn)：陶瓷通孔率要高、強(qiáng)度要高、與金屬基體要有良好的潤濕性。
只有滿足上述要求的泡沫陶瓷預(yù)制體才能用于金屬基復(fù)合材料的制備。因此通常采用有機(jī)泡沫浸漬方法制備網(wǎng)狀泡沫陶瓷該工藝，這是因?yàn)榇酥苽浞椒üに嚭唵?、成本低，而制得的泡沫陶瓷具有高氣孔率和高?/p>
孔率。
3 網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法
3.1 擠壓鑄造法
擠壓鑄造法是將一定量的液態(tài)金屬直接澆入敞開的金屬型型腔內(nèi)，在一定時(shí)間內(nèi)凸型以一定的壓力和速度作用于液態(tài)金屬上，使熔融或半熔融態(tài)的金屬塑性流動(dòng)和凝固結(jié)晶成形的加工過程。其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、金屬液易于填充到陶瓷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、易于成型、成本低、復(fù)合材料性能好。
3.2 負(fù)壓實(shí)型鑄造法
此方法也叫消失模鑄造法。即采用聚苯乙烯泡沫材料（EPC）把增強(qiáng)體網(wǎng)絡(luò)陶瓷表面包圍后，刷上涂料，晾干后待用。然后將模型埋入干砂中，震實(shí)后在負(fù)壓狀態(tài)下澆鑄的一種新工藝，它可以獲得精度高、質(zhì)量好的鑄件。這是因?yàn)闈茶T過程中有負(fù)壓的存在，保證了聚苯乙烯泡沫在真空下氣化，使其在高溫下氣化產(chǎn)生的氣體及時(shí)排放出去，避免了聚苯乙烯泡沫在鑄滲工藝中產(chǎn)生的氣孔和夾渣等缺陷，不僅顯著改善了鑄滲層的質(zhì)量，而且提高了復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。
4 影響復(fù)合材料制備工藝的因素
4.1 金屬澆注溫度
金屬液最佳澆鑄溫度應(yīng)高于液相線溫度50℃左右。若過低的澆注溫度會(huì)使金屬液迅速降溫、凝固，滲透能力變差，不能順利進(jìn)入陶瓷孔內(nèi)，嚴(yán)重影響液態(tài)金屬的充型和補(bǔ)縮。澆鑄溫度過高將導(dǎo)致金屬熔液嚴(yán)重氧化，在陶瓷骨架內(nèi)出現(xiàn)縮孔或疏松的缺陷，以至無法形成良好的復(fù)合材料。
4.2 鑄造成型壓力
金屬液與網(wǎng)絡(luò)陶瓷復(fù)合時(shí)，必須選擇適宜的鑄造壓力。若鑄造壓力過小，則會(huì)出現(xiàn)滲透能力不足的現(xiàn)象，不能使金屬液順利填充到陶瓷網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)邊角處；若鑄造壓力過大，金屬液的滲透能力就增強(qiáng)，易出現(xiàn)黏砂的缺陷。另外，雖然在模樣表面涂有涂料以防止黏砂，但如果負(fù)壓過大，易使涂料脫落，導(dǎo)致鑄件黏砂現(xiàn)象，因次必須選擇合適的負(fù)壓。
4.3 陶瓷孔徑
由于鋼液澆鑄溫度較高，所以對(duì)泡沫陶瓷的強(qiáng)度要求也高，避免澆鑄過程中發(fā)生坍塌現(xiàn)象。對(duì)于制備的泡沫陶瓷，如果盲孔太多，所得開放連通孔隙率也不足以滿足浸漬足夠多的金屬以制備金屬基復(fù)合材料的需要。一般來說，為滿足隨后浸漬成金屬基復(fù)合材料，要求連通孔率在80%～90%。如果孔隙率較小，金屬液來不及擴(kuò)散到陶瓷孔內(nèi)部就凝固，得不到組織均勻的復(fù)合材料。
4.4 界面潤濕性
界面是復(fù)合材料中普遍存在且非常重要的組成部分，是影響復(fù)合材料行為的關(guān)鍵因素之一。金屬基復(fù)合材料性能的高低取決于基體和增強(qiáng)體之間的界面結(jié)合情況。在網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料中，基體和增強(qiáng)體都是承載體，要求強(qiáng)界面結(jié)合以充分發(fā)揮陶瓷的增強(qiáng)效果。
當(dāng)前改善金屬陶瓷界面潤濕性的方法有很多種，常用的簡要敘述如下：
4.4.1 添加合金元素。在復(fù)合材料中加入Li、Mg、Ca等與氧親和力高的合金元素，可以明顯提高金屬液體與陶瓷增強(qiáng)相的潤濕性。添加的合金元素起到兩個(gè)作用：一是降低金屬液和陶瓷增強(qiáng)體之間的表面張力；二是可發(fā)生有利的界面反應(yīng)以增加潤濕性。
4.4.2 化學(xué)鍍銅。采用涂裝工藝，將網(wǎng)絡(luò)陶瓷表面電鍍一層銅金屬以增加陶瓷與金屬基體的潤濕性。陶瓷表面銅鍍層可以提高固體的表面能，用新形成的金屬/陶瓷界面代替原來結(jié)合性較差的界面，可以提高潤濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度?；瘜W(xué)鍍銅層的厚度也會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生一定的影響，因此對(duì)鍍層厚度應(yīng)控制在2～4μm。
此外，超聲波清洗、對(duì)固體陶瓷進(jìn)行加熱處理、固體陶瓷表面覆膜等也是改善增強(qiáng)體與金屬液潤濕性的有效措施。
5 應(yīng)用及展望
陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的耐磨性、耐高溫性較強(qiáng)，而比彈性模量較低、零件重量較大，因此在耐磨材料、高溫合金及工具材料等方面得到廣泛的應(yīng)用。而具有三維空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)合材料自身的優(yōu)越性，使得具備優(yōu)良高溫性能、環(huán)保節(jié)能、高耐磨性、高強(qiáng)度的三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料必將成為未來的發(fā)展
趨勢(shì)。
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1在機(jī)械制造專業(yè)上應(yīng)用復(fù)合結(jié)構(gòu)材料
與傳統(tǒng)材料相比金屬復(fù)合材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由金屬復(fù)合材料質(zhì)量輕于傳統(tǒng)的鋼鐵材料，其抗性也略勝一籌。另外，金屬復(fù)合材料的性能也更適用于機(jī)械制造?，F(xiàn)階段金屬復(fù)合材料相對(duì)而言使用性能更高，現(xiàn)今階段常見的金屬復(fù)合材料大體分為以下四種。
1.1不銹鋼復(fù)合鋼板
由合金元素組成的不銹鋼板決定了不銹鋼板的性能差異。這些元素促成了不銹鋼板在金屬材料中擁有最強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕性，有利于保障不同材質(zhì)材料的原子結(jié)合率達(dá)到百分之百。同時(shí)其導(dǎo)熱性能較好，適用于焦化設(shè)備。有利于降低運(yùn)營成本提高機(jī)械使用壽命[2]。
1.2金屬粒塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料
金屬粒塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料能夠有效改善傳統(tǒng)金屬缺少的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，可以很大程度的降低線膨脹系數(shù),其質(zhì)量小、強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)在機(jī)械設(shè)備制造中得到了很好的應(yīng)用。
1.3碳纖維石墨纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料
這種復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的勁度、強(qiáng)度與重量比、比剛度較高，性和耐磨損性良好，線膨脹系數(shù)小、耐摩擦性能高，同時(shí)由于耐熱性和耐腐蝕性良好的特性被廣泛于高新機(jī)械制造技術(shù)之中。
1.4彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料
彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料有利于提升機(jī)械設(shè)備的耐熱性和強(qiáng)度值。彌散強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)材料廣泛適用于耐熱性良好的機(jī)械制造中[3]。
2復(fù)合材料在沖壓模具制造上的應(yīng)用
由于工作條件的差異，沖壓模具對(duì)材料的要求也各有不同。這些模具材料大致可以分為沖裁模材料、冷擠壓模材料、拉深模材料這三種材料的要求[4]。而在模具制造中對(duì)原材料的需求較高，必須要達(dá)到能夠承受沖擊、振動(dòng)、拉伸、摩擦拉伸等巨大負(fù)荷的要求，能夠保障在高溫材料下工作。目前大多以鋼材為制造沖壓模具的主要制作材料，而碳素工具鋼由于其性價(jià)比高，加工塑形難度小，在模具的機(jī)械制造中被廣泛應(yīng)用。但由于其承載能力低，對(duì)于硬度大塑性低的機(jī)械零部件制造難以適用。而金屬復(fù)合材料的性能好可以有效避免零部件在工作過程中受到的強(qiáng)烈的磨擦和沖擊。
3復(fù)合材料在機(jī)械制造上的應(yīng)用
研究金屬基復(fù)合材料是當(dāng)代新材料技術(shù)領(lǐng)域中的重要內(nèi)容之一。金屬復(fù)合材料本身具有許多優(yōu)良特性，但同時(shí)也存在著一些限制因素。不論其在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用還是從當(dāng)今一些小的應(yīng)用范圍來看，相比于普通的材料的突出優(yōu)點(diǎn)還是在于低熱膨脹系數(shù)和高疲勞極限。在機(jī)械制造的過程中想要確定原材料需要根據(jù)機(jī)械零部件的工作環(huán)境和要求來進(jìn)行選擇，既要避免零件在工作過程中失效的問題，又要保障延長機(jī)械的使用壽命。與傳統(tǒng)的材料相比，金屬材料的綜合力學(xué)性更好，同時(shí)還具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、阻尼性好等特點(diǎn)。而且其膨脹系數(shù)幾乎為零。現(xiàn)階段金屬復(fù)合材料性能的優(yōu)越性和應(yīng)用范圍的廣泛性優(yōu)勢(shì)日益突出。同時(shí)由于復(fù)合材料的可塑性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)功能一體化、抗疲勞斷裂性能好等優(yōu)越性能，在機(jī)械制造過程中逐步成為其他傳統(tǒng)金屬材料無法替代的功能和結(jié)構(gòu)材料，更是促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。金屬復(fù)合材料應(yīng)用于現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備中有利于合理的整合資源，響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策方針。金屬復(fù)合材料由于其容易造型、重量輕、等優(yōu)勢(shì)相對(duì)而言更便于推廣，方便使用和制造，其優(yōu)良性能可適應(yīng)機(jī)械制造工作中的惡劣環(huán)境，并有較高的抗腐蝕的作用，其在機(jī)械制造中的使用和推廣深受喜愛。金屬復(fù)合材料由于其造價(jià)低，已維修的特質(zhì)。可有效避免機(jī)械零部件的磨損報(bào)廢率，有利于帶動(dòng)新興工業(yè)的發(fā)展，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
4結(jié)語
從長遠(yuǎn)的角度看，金屬復(fù)合材料在這些行業(yè)的應(yīng)用不僅可以提高生產(chǎn)的系數(shù)，更可以降低成本，贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益。金屬復(fù)合材料由于其質(zhì)量小、強(qiáng)度大彈性良好、抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域當(dāng)中。近年來我國機(jī)械制造方面針對(duì)新型金屬復(fù)合材料性能的研究和運(yùn)用獲得了巨大的進(jìn)步，金屬復(fù)合材料在機(jī)械制造工業(yè)當(dāng)中的運(yùn)用比例也逐漸加強(qiáng)。在大多數(shù)大型企業(yè)的設(shè)備都開始應(yīng)用金屬復(fù)合材料，會(huì)使很多的輕工業(yè)從中受益，在與日俱增的激烈競爭中取得更穩(wěn)定的立足之地。
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關(guān)鍵詞：樹脂 復(fù)合材料 航空材料
1、引言：
樹脂基復(fù)合材料是由以有機(jī)聚合物為基體的纖維增強(qiáng)材料，通常使用玻璃纖維、碳纖維或者芳綸的等有機(jī)纖維。樹脂基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度及比剛度，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，抗疲勞斷裂性能好，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及便于大面積成型的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了集結(jié)構(gòu)承載和功能于一身的鮮明特點(diǎn)。自上世紀(jì)60年代以來，樹脂基復(fù)合材料在航空、武器裝備、汽車、海洋工業(yè)等方面獲得了日益廣泛的應(yīng)用。
2、樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展
1940年，二戰(zhàn)時(shí)期，由于戰(zhàn)爭資源的需要，第一個(gè)纖維增強(qiáng)合成材料而成的復(fù)合材料應(yīng)時(shí)代而生：以手糊成型方法制成了玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯的軍用飛機(jī)雷達(dá)罩。 1944年，玻璃纖維增強(qiáng)樹脂作為機(jī)身和機(jī)翼材料的飛機(jī)試飛成功。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，材料性能的逐步提高，復(fù)合材料在航空器中的地位越來越重要。怎樣減少飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量以提高飛機(jī)的裝載效率是百年來飛機(jī)發(fā)展所一直追求的目標(biāo)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)從 20世紀(jì)初的木、布結(jié)構(gòu)，到 30年代輕合金的全金屬結(jié)構(gòu)， 30年代－60年代雖然金屬材料的性能有很大提高，但是單依靠提高金屬材料性能來進(jìn)一步降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量系數(shù)（即飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量與飛機(jī)起飛重量的比值）已達(dá)到極限。為此，飛機(jī)設(shè)計(jì)師們不得不尋求新的途徑，于是找到了高比強(qiáng)度（材料強(qiáng)度與密度的比值）、高比剛度（材料模量與密度的比值）纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。隨后，具有更高比強(qiáng)度、比剛度，同時(shí)兼具更高剪切強(qiáng)度、剪切模量以及耐熱性的第二代現(xiàn)代復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，主要以硼纖維、碳纖維、芳綸纖維為增強(qiáng)材料，以聚酰亞胺等高性能樹脂為基體，同時(shí)包括鋁、鎂、鈦等金屬基體，金屬間化合物，碳化硅、氮化硅等陶瓷基體。而性能更高的氧化鋁纖維、碳化硅纖維、晶須等增強(qiáng)材料的出現(xiàn)，更引發(fā)了具有多功能、高韌性、耐熱的第三代高性能復(fù)合材料的發(fā)展。 1980年以后，先進(jìn)復(fù)合材料在航空、航天等領(lǐng)域已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。
先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料常用的增強(qiáng)纖維包括碳纖維和其他高性能有機(jī)纖維。目前對(duì)碳纖維的研究, 主要集中于提高模量和強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本。使用的纖維先驅(qū)體主要仍然是聚丙烯腈( PAN) 和瀝青纖維, 二者的用量比例約為6:1[1]。
近年來先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料樹脂基體的研究主要圍繞著改善耐濕熱性能、提高韌性和工作溫度。目前常用的樹脂基體有高溫固化的多功能環(huán)氧樹脂基體、氰酸酯樹脂、BMI 樹脂、耐高溫聚酰亞胺。[2]
3、樹脂基復(fù)合材料的種類和性能特點(diǎn)
樹脂基復(fù)合材料作為一種復(fù)合材料，是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立物理相，包含基體材料（樹脂）和增強(qiáng)材料所組成的一種固體產(chǎn)物。樹脂基復(fù)合材料具有如下的特點(diǎn)：1）各向異性（短纖維復(fù)合材料等顯各向同性）；2）不均質(zhì)（或結(jié)構(gòu)組織質(zhì)地的不連續(xù)性）；3）成粘彈；4）纖維（或樹脂）的體積含量不同，材料的物理性能差異；5）影響質(zhì)量因素多，材料性能多呈分散性。
樹脂基復(fù)合材料包括熱塑性樹脂基復(fù)合材料和熱固性樹脂基復(fù)合材料，熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年展起來的，主要有長纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。
目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件，大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能，首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。
芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。
超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國家的極大興趣和重視。
1971年以前我國的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品，70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。熱固性樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。
4、樹脂基復(fù)合材料的成型工藝[3]
樹脂基復(fù)合材料的成型工藝主要有復(fù)合材料低溫固化技術(shù)、樹脂傳遞模塑（RTM）成型技術(shù)、自動(dòng)纏繞與鋪放技術(shù)、電子束固化技術(shù)。
