复合材料失效分析(Failure analysis)

日期:2022-03-09 13:45:00浏览量:936标签:复合材料失效分析失效分析

复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合材料失效分析(Failure analysis)

失效模式

断裂,变色失效,腐蚀,机械性能不足等

常用手段

无损检测:

射线检测技术( X 射线、γ 射线、中子射线等),工业CT,康普顿背散射成像(CST)技术,超声检测技术(穿透法、脉冲反射法、串列法),红外热波检测技术,声发射检测技术,涡流检测技术,微波检测技术,激光全息检验法等。

成分分析:

X射线荧光光谱分析(XRF)等,参见高分子材料失效分析中成分分析。

热分析:

重分析法(TG)、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)

破坏性实验:

切片分析(金相切片、聚焦离子束(FIB)制样、离子研磨(CP)制样)

为避免失效,复合材料成型过程中应注意以下事项

1、碳纤维复合材料层间强度低,易在切削力的作用下产生分层,因此钻孔或切边应减小轴向力。钻孔要求高转速、小进给,加工中心转速一般在3000~6000r/min,进给量达到0.01~0.04mm/r,钻头选用三尖两刃或两尖两刃形式较好,锋利的刀尖可先将碳纤维层划断,两刃对孔壁起到了修补作用,镶金刚石的钻头锋利与耐磨性俱佳。复合材料与钛合金夹层的钻孔是个难题,一般采用整体硬质合金钻头,按钻削钛合金的切削参数进行钻削,从钛合金侧先钻,直至钻通,钻削时加润滑剂,缓解复合材料烧伤。波音公司专门研制了PCD组合钻头用于夹层的钻孔。

2、三类新型整体硬质合金复合材料加工专用铣刀的切削效果更好,它们都有一些共同特点:刚性高,螺旋角小,甚至是0°,专门设计的人字形刀刃,都可以有效减小加工中心轴向切削力,减少分层,其加工效率与效果都很好。

3、复合材料切屑为粉状,对人体健康危害大,应采用大功率吸尘器吸尘,采用水冷也可有效降低粉尘污染。

4、碳纤维复合材料构件一般尺寸较大,形状结构复杂,硬度和强度都很高,属于难加工材料。切削过程中切削力较大,切削热不易传出,严重时会烧焦树脂或使树脂软化,刀具磨损严重,因此刀具是碳纤维加工的关键,其切削机理更接近于磨削而非铣削,所以,加工中心切削线速度通常要大于500m/min,采用高转速小进给策略。切边加工刀具一般选用整体硬质合金滚花铣刀、电镀金刚石颗粒砂轮、镶金刚石铣刀、铜基金刚石颗粒锯片。

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