碳纖維增強復合材料銑削和鉆孔技術研究進展*

單晨偉， 呂曉波

（西北工業大學現代設計與集成制造技術教育部重點實驗室， 西安 710072）

碳纖維增強復合材料性能及應用

碳纖維增強復合材料是目前最先進的復合材料之一，與金屬材料相比，它具有比強度和比模量高、耐高溫、抗腐蝕、熱膨脹系數低等優良特點。目前在航空航天領域應用較為廣泛的碳纖維增強復合材料主要有碳纖維增強樹脂基復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡稱CFRP）、碳/碳復合材料（Carbon-Carbon Composites，簡稱C/C復合材料）等。圖1（a）為疊層CFRP，圖1（b）為準三維編織C/C復合材料。

圖1 碳纖維增強復合材料Fig.1 Carbon fiber reinforced composites

CFRP設計自由度大，成型容易，多用于制作結構件，有專家預測未來航空航天飛行器中將有50%以上的結構件由CFRP制造[1]，而目前據公開資料顯示，波音787的復合材料使用率已經達到了50%。CFRP是由碳纖維增強體以及樹脂基體兩種材料復合而成，其中基體較軟且粘性大，碳纖維強度高且硬度大。目前CFRP多為層合板形式，層間剪切強度低，因此在加工時容易出現刀具磨損嚴重、加工表面質量差（易產生撕裂、毛刺、表面粗糙度差等加工缺陷）、工藝參數難控制等難題。

C/C復合材料以其耐高溫、抗燒蝕、重量輕、耐磨損以及抗腐蝕等優良特性，主要作為高溫結構件，廣泛應用于固體火箭尾噴管、飛機剎車片、導彈天線罩等航空航天領域[2]。C/C復合材料多為編織結構，在網胎層與碳布層之間用針刺纖維結合在一起以增強材料的層間強度。C/C復合材料具有比剛度高、脆性大、各向異性明顯等特點，也是一種典型的難加工材料，其組織結構如圖2所示。……