先进复合材料加工技术与实例.pdf

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书籍描述

内容简介
以先进复合材料加工技术为主线,全面、详细、实用!先进复合材料是航空航天、国防工业、交通运输、能源及环保等诸多领域的关键材料,其应用范围不断扩大。本书主要介绍复合材料的分类、先进复合材料的性能、复合材料切削加工的特点,以及复合材料的原材料及其性能结构、复合材料的强韧性与界面行为特征等内容。
全书针对金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料以及碳/碳复合材料,分别从其制造工艺、性能及应用、切削加工技术等方面进行了详细分析及论述,列举了大量复合材料加工、切削加工技术与实例。此外,本书还对复合材料切削加工所用刀具进行了详细分析,重点介绍了大量复合材料高效加工的孔用刀具、铣削加工刀具、车削加工刀具以及类金刚石涂层刀具等进展与实例。
本书可供广大从事复合材料生产、制造、加工等方面的工程科技人员参考,也可供广大从事机械工程及相关专业工程技术人员使用,还可供相关专业的在校师生作为教学、科研方面的参考书使用。

编辑推荐
《先进复合材料加工技术与实例》一书针对金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料以及碳/碳复合材料,分别从其制造工艺、性能及应用、切削加工技术等方面进行了详细分析及论述,列举了大量复合材料加工、切削加工技术与实例。此外,还对复合材料切削加工所用刀具进行了详细分析,重点介绍了大量复合材料高效加工的孔用刀具、铣削加工刀具、车削加工刀具以及类金刚石涂层刀具等新技术进展与实例。内容丰富、实用,涵盖面广、内容丰富。

作者简介
辛志杰,中北大学材料学院,教授长期从事各类复合材料、超硬材料等材料加工技术方面的教学和科研工作。参加完成了包括国家自然基金、国家863项目等多项科研项目。
作者在与本选题有关领域取得的相关科技成果如下。
(1)获山西省高等学校科技进步一等奖。
(2)获国家发明专利2项。

目录
第1章先进复合材料加工技术概述1
1.1先进复合材料概述1
1.2复合材料的分类2
1.3先进复合材料的性能3
1.4先进复合材料的研发动态5
1.5先进复合材料的应用6
1.6先进复合材料的切削加工特点7
1.7先进复合材料切削加工技术的研究现状8
1.7.1复合材料切削机理的研究8
1.7.2复合材料切削刀具材料及结构参数的改进9
1.7.3复合材料特种加工技术的研究10
1.7.4复合材料表面质量评价技术的研究11
第2章复合材料的原材料122.1纤维12
2.1.1陶瓷纤维12
2.1.2玻璃纤维13
2.1.3高熔点金属纤维15
2.1.4碳纤维16
2.1.5硼纤维18
2.1.6SiC纤维19
2.1.7Al2O3纤维与铝硅酸盐纤维20
2.1.8Si3N4系纤维21
2.1.9ZrO2系纤维21
2.1.10BN系、AlN系纤维23
2.1.11芳纶纤维23
2.2晶须24
2.2.1SiCw、Si3N4w24
2.2.2钛酸钾晶须25
2.2.3硼酸铝晶须26
2.2.4氧化锌晶须27
2.2.5石墨晶须27
2.3颗粒28
2.4基体29
2.4.1聚合物基体30
2.4.2金属基体31
2.4.3陶瓷基体31
第3章复合材料的强韧性与界面行为40
3.1复合材料的增强机理40
3.1.1颗粒增强原理40
3.1.2单向排列连续纤维增强复合材料41
3.1.3短纤维增强原理44
3.2复合材料的韧性45
3.2.1材料断裂机理45
3.2.2对断裂能量的贡献49
3.2.3准临界裂纹的扩展52
3.3复合材料的界面特征与分类54
3.3.1界面特征54
3.3.2界面分类55
3.4复合材料界面的结合机理55
3.4.1力学结合55
3.4.2残余应力55
3.5复合材料的界面强度与界面行为56
3.5.1界面强度56
3.5.2界面行为59
第4章金属基复合材料62
4.1金属基复合材料的种类及性能特点62
4.1.1颗粒增强金属基复合材料62
4.1.2纤维增强金属基复合材料63
4.1.3晶须增强金属基复合材料64
4.2金属基复合材料的应用64
4.2.1应用领域及现状64
4.2.2发展方向及趋势66
4.3金属基复合材料的切削加工性67
4.3.1切削加工机理68
4.3.2已加工表面粗糙度69
4.3.3已加工表面的硬化69
4.3.4已加工表面的残余应力70
4.3.5已加工表面形貌71
4.3.6刀具材料的选用及其磨损机理72
4.4金属基复合材料的车削加工73
4.4.1钛基复合材料(TiCp+TiBw)/TC4的车削73
4.4.2铝基复合材料SiCp/ZL109的车削79
4.4.3铝基复合材料Al2O3/Al的激光加热辅助车削81
4.5金属基复合材料的铣削加工82
4.5.1颗粒增强铝基复合材料的普通铣削82
4.5.2颗粒增强铝基复合材料的高速铣削85
4.5.3SiCp/Al复合材料的铣磨加工89
4.6金属基复合材料的钻削加工90
4.6.1ZL109合金复合材料的钻削90
4.6.2SiCp/Al复合材料的钻削仿真93
4.7金属基复合材料的磨削加工96
4.7.1磨削力96
4.7.2磨削表面粗糙度97
4.7.3磨削加工表面形貌98
4.8金属基复合材料的特种加工101
4.8.1激光表面处理101
4.8.2电火花加工102
4.8.3超声振动加工106
第5章陶瓷基复合材料115
5.1陶瓷基复合材料的种类及性能特点115
5.2陶瓷基复合材料的制备116
5.2.1陶瓷基复合材料的制备方法116
5.2.2陶瓷基复合材料的成型工艺119
5.3陶瓷基复合材料的应用120
5.3.1应用领域及现状120
5.3.2发展方向及趋势121
5.4陶瓷基复合材料的切削加工性123
5.5陶瓷基复合材料的车削加工123
5.6陶瓷基复合材料的铣削加工126
5.7陶瓷基复合材料的钻削加工129
5.8陶瓷基复合材料的磨削加工136
5.8.1纤维增强陶瓷基复合材料磨削机理研究136
5.8.2纤维增强陶瓷基复合材料磨削表面形貌与磨屑分析137
5.8.3磨削参数对表面粗糙度的影响140
5.9陶瓷基复合材料的特种加工141
第6章聚合物基复合材料144
6.1聚合物基复合材料的种类及性能特点144
6.2聚合物基复合材料的制备145
6.3聚合物基复合材料的力学性能148
6.3.1热固性复合材料148
6.3.2热塑性复合材料149
6.4聚合物基复合材料的应用150
6.4.1聚合物基复合材料在航空航天工业上的应用151
6.4.2聚合物基复合材料在其他工业产品上的应用151
6.5聚合物基复合材料的切削加工152
6.5.1聚合物基复合材料的常规机械加工方法152
6.5.2聚合物基复合材料的特种加工方法153
6.5.3聚合物基碳纤维复合材料的切削加工153
6.5.4聚合物基玻璃纤维复合材料的切削加工154
6.5.5聚合物基复合材料的钻削分层对策及钻削优化试验156
6.5.6CFRP复合材料制孔过程仿真与试验分析160
第7章碳/碳复合材料1697.1碳/碳复合材料概述169
7.2碳/碳复合材料的制造工艺170
7.2.1预制件的制造170
7.2.2碳/碳的致密化工艺173
7.2.3石墨化175
7.3碳/碳复合材料的性能及应用175
7.3.1碳/碳复合材料的性能175
7.3.2碳/碳复合材料的应用177
7.4碳/碳复合材料的切削加工178
7.4.1碳纤维复合材料的切削加工工艺178
7.4.2切削工艺对复合材料表面质量的影响181
7.4.3碳/碳复合材料切削加工实例182
7.4.4碳/碳复合材料的特种加工技术185
7.4.5复合材料表面质量评价186
第8章复合材料高效加工刀具技术187
8.1复合材料的孔加工刀具187
8.1.1碳纤维复合材料的孔加工187
8.1.2芳纶纤维、纸蜂窝及其夹层结构复合材料的孔加工189
8.1.3山特维克可乐满复合材料孔加工刀具191
8.1.4伊斯卡复合材料孔加工刀具192
8.2复合材料的铣削加工刀具193
8.2.1碳纤维复合材料的铣削加工刀具193
8.2.2芳纶纤维、纸蜂窝及其夹层结构复合材料的铣削加工刀具195
8.3复合材料的车削加工刀具197
8.4加工复合材料的类金刚石涂层刀具198
8.4.1类金刚石涂层198
8.4.2DLC涂层刀具加工实例199
8.4.3加工碳纤维复合材料用整体硬质合金涂层刀具199
8.5复合材料加工刀具面临的挑战200
参考文献201

序言
复合材料是新材料领域的重要组成部分,已成为新材料领域的重要主导材料。先进复合材料是航空航天、国防工业、交通运输、能源及环保等诸多领域的关键材料之一,是发展现代工业、国防和科学技术不可缺少的基础材料,也是新技术革命赖以发展的重要物质基础。
与传统材料相比,复合材料具有可设计性强、比强度和比模量高、抗疲劳断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能,是其他材料难以替代的功能材料和结构材料。然而,复合材料的发展与应用还有许多制约因素,其中切削加工难度大是其主要因素之一。虽然复合材料零部件多数为直接成型工艺制成,然而,许多还离不开切削加工。例如,金属基复合材料在加工过程中,存在切削力大、散热条件差、刀具磨损严重、切削效率低等严重问题,造成该类材料目前的应用范围与其优异性能所具有的应用潜力并不相称,因此,对复合材料切削加工问题进行广泛而深入的研究迫在眉睫。
本书主要介绍复合材料的分类、先进复合材料的性能、复合材料切削加工的特点,以及复合材料的原材料及其性能结构、复合材料的强韧性与界面行为特征等内容。全书针对金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料以及碳/碳复合材料,分别从其制造工艺、性能及应用、切削加工技术等方面进行了详细分析及论述,列举了大量复合材料加工、切削加工技术与实例。此外,本书还对复合材料切削加工所用刀具进行了详细分析,重点介绍了大量复合材料高效加工的孔用刀具、铣削加工刀具、车削加工刀具以及类金刚石涂层刀具等技术进展与实例。
总之,本书针对先进复合材料加工技术进行了详细分析和阐述,涵盖面广,内容丰富、实用。本书可供广大从事复合材料生产、制造、加工等方面的工程科技人员参考,也可供广大从事机械工程及相关专业工程技术人员使用,还可供相关专业的在校师生作为教学、科研方面的参考书使用。
本书第1~5章、第8章由辛志杰编写,第6章由辛志杰和庞俊忠共同编写,第7章由庞俊忠编写。此外,凌杰、张锦、李春光、潘杰、彭星等参加了书稿整理和配图工作,在此一并表示感谢!
由于编者水平和时间有限,疏漏之处在所难免,敬请各位读者批评和指正。

编著者
2015年4月

文摘
版权页:



1.2 复合材料的分类
根据国际标准化组织(ISO)的定义,复合材料是由物理或化学性质不同的有机高分子、金属或无机非金属等两种或两种以上材料经一定的复合工艺制造出来的一种新型材料。从定义出发,决定复合材料性能和质量的主要因素是:原材料组分的性能和质量;原材料组分的比例及复合工艺;复合材料的界面粘接及处理。
复合材料组成之间的复合模式主要分为宏观复合和细观复合两种。宏观复合主要是指两层以上不同材料之间发生的叠合(也称为层合)。从某种意义上讲,这种叠合复合材料实际上是一种复合结构,如铝合金薄板和碳纤维或玻璃纤维复合材料薄片的叠合等,主要按结构形式分类。细观复合是指一种或几种制成细微形状的材料均匀分散于另一种连续材料中,前者称为分散相,后者称为连续相。通常按连续相的性质和按分散相的形状、性质分类,可通过对原材料的选择、各组分分布的设计和工艺条件的设计等,使它既能保留原组成材料的主要特色,又能通过复合效应获得原组分所不具备的性能,原组分材料性能互相补充并彼此关联,因而呈现了出色的综合性能,与一般材料的简单混合有本质的区别。
复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法,比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来分类。当强调基体时,以基体材料的名称为主,如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等;当强调增强体时,以增强体的名称为主,如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等;也可以基体材料名称与增强体名称并用,这种命名方法常用以表示某一种具体的复合材料,习惯上把增强体的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,如玻璃纤维增强环氧树脂复合材料,或简称为玻璃纤维/环氧树脂复合材料,或玻璃纤维/环氧,而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。

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