蜂巢式玻璃纖維複合材料

http://tw.tool-tool.com/news/201605/cellular-type-glassfiber-material%20processing/ 刀具選擇基本條件 複合材料定義 廣義的複合材料(Composite Material)係指兩種以上材料結 合,形成一種根據兩總以上材料截長補短、產生性能更佳的材料。 製造飛機所使用複合材料則係以高強度纖維強化材 (Reinforcement)和基材(Matrix)固結形成, 除了將強化材固定使其得以發揮強度與 剛性外,並其有保護纖維、提供韌度與抗壓強度之功能。 先進複合材料所使用強化材料型式包括纖維粒子(Fiber Particle)或纖維(Fiber), 此外纖維材料 其有易撓曲、高強度、高剛性及低密度之特性,因此纖 維成為複合材料最普遍使用之強化材,常見高強度纖維 包括玻璃纖維(Fiberglass)、石墨(Graphite)纖維、克夫龍 (Keviar)纖維及硼(Boron)纖維等。 蜂巢式結構 合材料應用上,可區分為由多層纖維預浸材料逐一依特 定纖維方向疊製膠合而作的積層板構造(Laminate Construction)和由上、下面層及夾層巢心結構所構成之三 明治構造(一般稱蜂巢構造)。 飛機上應用 目前航空飛機應用蜂巢式玻璃纖維地方： 鼻輪艙門 主輪艙門 渦輪發動機引擎罩 飛機主機翼後緣崁板結構內 飛機主機翼外側擾流板 飛機主機翼內側擾流板 方向舵結構內側 尾翼升降舵內側結構。 蜂巢式複合材料優點 具有極高強度與剛性重量比(Strength Stiffness/ Weight Ratio) 高抗疲勞(Fatigue)強度特性 複合材料不發生銹蝕腐化(Corrosion) 可做結構承受負載特性配置複合材料疊層,使結構承載效率大 為提高 可降低所需零件材料使用量 輕量化飛機結構,進而節省燃油損耗及提高飛機載重量 結構造型變化大時,製造上比較容易 蜂巢式複合材料缺點 材料成本高 純手工製造勞力密集 承壓強度(Bearing Strength)和積層間強度(Inter laminar Strength)較低。 生產過程中機械特性受溫度/濕度影響大。 複合材料結構強度、剛性及其他特性、檢查難度提高 與鋁合金搭配時, 鋁合金結構容易產生異常 當有破損需要修補時花費很長時間 需嚴謹控制製造環境與人為技術 纖維布特性與編織 纖維布複合材料製作與一般布匹相同,係將纖維股以經線方向(Warp Direction) 和緯線方向(Fill Direction)彼此垂直、相互 排列編織而成, 其目 的除提供部份橫向強度和剛性外,尚可固 定經線纖維使其不易分散。 纖維布之編織種類纖維布依編織之鬆緊可分為各種不同編織型式 簡單編織法 四線編織法 五線編織法 八線編織法 預浸型纖維布 預浸型纖維布(PrepregFabric)當纖維布編織完成後,將纖維施以浸膠處理, 先塗覆樹脂,同時並將此樹脂作初步成化(Curing),這 種處理方式稱為B一階段(B-Stage)預浸型纖維布,B一 階段樹脂材料在室溫中會繼續反應成化,一旦成化固 結就無法再使用,因此需將預浸型纖維布儲存於冰箱 中以延緩樹脂成化反應速率。 高強度纖維之種類 商用直升機常使用纖維強化複合材 玻璃纖維 黃色之克夫龍纖維 黑色之石墨纖維或碳纖維 混合結構 蜂巢巢心材料 蜂巢密度之特性如果構成蜂巢之材料相同時,蜂巢的強度取決於密度,高密度巢心 其蜂巢壁較厚 故強度較高,反之低密度蜂巢巢心其強度較低, 蜂巢巢心修補更換時,必需選擇與原設計相同材 質且密度相同之巢心替代,若無相同密度則可由 較高密度巢心取代。 蜂巢夾心依材料可區分為金屬與非金屬兩大類, 依其構造又可區分為巢心構造(Honeycomb Core) 和實體夾心(Solid Core) 蜂巢依型分類 六角型蜂巢(Hexagonal Cell):此造型蜂巢結構最 強,然彈性、彎曲度較差,適合作為平面結構之 蜂巢件。 四角型蜂巢(Rectangular或Overexpanded Cell):此 型蜂巢結構較弱,但彈性和彎曲度較佳,可作為 曲面結構之蜂巢件。 鈴型蜂巢(Flexible ExpandedCell):此種蜂巢斷面 呈現鈴型(Bell)可作三度空間之彎曲,主要用於雷 達罩、鼻錐罩等曲率特大之曲面結構之蜂巢件。 高分子基材分析 熱塑性基材不產生化學反應,溫度達600°F~700°F 即融化,可製作所需工件,待基材冷卻後即變得非 常強韌、堅硬,如果欲改變工件形狀,則可將溫度 昇高使基材軟化重新加工,因此熱塑型樹脂為一可 重複使用材料,熱塑性複合材料並不適合作為結構 性構件,特別是高溫區域,因此一般航空器之複合 材料並不使用熱塑性基材。 熱固性基材成化實為一種化學反應,待基材成化 固結後就無法以加熱方式使其軟化,因此為一種不 可重複使用材料,熱固性樹脂之機械、物理特性極 佳,抗環境及化學性良好、因此為現代商用客機先 進複合材料所普遍使用之基材,其中環氧樹脂 (Epoxy)則為最常作為熱固性基材之材料。 資料來源：網路彙整

類鑽碳膜（DLC）介紹

鑽石具有高硬度、高熱傳導係數、低膨脹係數、低摩擦系數與高 化學安定度等特性，但鑽石產量稀少、價格昂貴且加工困難，類鑽碳薄膜具有和天然鑽石相近的性質，其中包括了有高硬度、耐腐蝕性佳、表面平滑、摩擦係數小、抗磨耗性佳、生物相容性佳等，且有價格上之優勢。由於具有這些優越特性，使其在機械、電子、半導體等工業之應用日益廣泛。

類鑽碳薄膜是由SP2及SP3組成，如能將SP2晶格減少，且增加SP3晶格，類鑽碳薄膜將會很接近鑽石薄膜，然而由於在結構中含有被扭曲的 sp3 鍵結

克維拉kevlar介紹

克維拉Kevlar（凱芙拉、凱夫勒、凱庫勒、功夫龍等）化學名為「聚對苯二甲醯對苯二胺」，纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結少、取向度、結晶度高，分子鏈幾乎處於完全伸直狀態，這種結構使纖維表現出良好的強度、模量及熱穩定性。具有極佳的抗拉性能、耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨脹係數小，其強度為同等質量鋼鐵的五倍，其密度只有鋼絲的1／5，

瀝青路面介紹

主要道路路面依使用材料可分為「瀝青混凝土路面」（簡稱： 瀝青路面）與「水泥混凝土路面」（簡稱：水泥路面）兩大類，若以 力學性質而言，又可區分為「柔性路面」（瀝青路面）及「剛性路面」 （水泥路面）兩大類

乳化瀝青應用

乳化瀝青除廣泛地應用在道路工程外，還應用於建築屋面及洞庫防水、金屬材料表面防腐、鐵路的整體道床。其中道路工程、建築屋面為用量最大。由於用於乳化瀝青施工簡單、現場不需加熱，節省能源、效果顯著，尤其在舊瀝青路面的維修與養護中更凸顯了其特有的優越性。

乳化瀝青在道路工程中的主要應用：

路面工程	表面處治	其它
冷拌和乳化瀝青混凝土 冷拌和再生瀝青混凝土 乳化瀝青貫入式路面	稀漿封層 微表處 霧封層 層鋪法乳化瀝青表面處治	透層油 粘層油 基層穩定 坑槽填補料 裂縫填補料

乳化瀝青在陽離子與陰離子三種等級乳化瀝青的主要應用：

快乾型陽離子(CRS)與陰離子(RS)乳化瀝青	中乾型陽離子(CMS)與陰離子(MS)乳化瀝青	慢乾型陽離子(CSS)與陰離子(SS)乳化瀝青
面層處理及碎石道路封層用	開放級配冷拌合用	黏層、面層及密級配冷拌合用

種類	殘留針入度	使用溫度	用途
SS-1h陰離子慢凝	40~90	24℃~55℃	透層
SS-1陰離子慢凝	100~200	24℃~55℃	黏層
CSS-1h陽離子慢凝	40~90	24℃~55℃	透、黏層
CSS-1陽離子慢凝	100~200	24℃~55℃	透、黏層
RS-1陰離子快凝	100~200	24℃~55℃	黏層
CRS-1陽離子快凝	100~200	24℃~55℃	黏層

資料來源：網路彙整

乳化瀝青制造介紹

乳化瀝青由一些三種主要物質組成：瀝青、水、乳化劑，除此之外可以含有其他添加劑，如穩定劑、特殊助劑、改性劑等。乳化瀝青的生產流程可以分為以下四個過程：瀝青的準備、乳化劑配製、瀝青乳化、乳液儲存。

乳化瀝青介紹

 所謂乳化瀝青就是將瀝青熱融，經過機械的作用以細小的微滴狀態分散於含有乳化劑的水溶液之中，形成水包油狀的瀝青乳液，其主要組要成分為瀝青、乳化劑、水等。主要用於道路的升級與養護

鍛造介紹

鍛造是金屬壓力加工方法之一。指利用壓力改變金屬原料形狀，以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的一種加工技術。

人造藍寶石製造

人工生長的藍寶石(Al2O3)優點為生產技術成熟、元件品質較好，可耐高溫、耐化學侵蝕，且其硬度高，故易於處理與清洗。其缺點如藍寶石屬絕緣體，其導電與導熱性不佳，做為LED用基板不利於LED元件散熱，另外，藍寶石硬度非常高，對於切割製程設備相對需較高投資。
人工藍寶石的製作流程：準備原料→填充原料及架設晶種→爐體抽真空→爐體加熱（爐體加入鉬隔熱屏和鎢隔熱屏）→原料熔化→熔接晶種→晶頸生長→晶體生長→晶體與坩堝分離（這裡面的坩堝大多是耐高溫的。）→冷卻→取出晶體。
人工藍寶石基片的製作流程：

晶體常見生長方法：
提拉法：提拉法是將構成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體在交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。提拉法的生長技術首先將待生長的晶體的原料放在耐高溫的坩堝中加熱熔化，調整爐內溫度場，使熔體上部處於過冷狀態；然後在籽晶桿上安放一粒籽晶，讓籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍熔后，提拉並轉動籽晶桿，使熔體處於過冷狀態而結晶於籽晶上，在不斷提拉和旋轉過程中，生長出圓柱狀晶體。
泡生法：泡生法的原理與提拉法類似。首先原料熔融，再將一根籽晶與熔體接觸，如果界面的溫度低於凝固點，則籽晶開始生長。為了使晶體不斷長大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時旋轉晶體，以改善熔體的溫度分布。也可以緩慢地(或分階段地)上提晶體，以擴大散熱面。放肩階段與提拉法類似，停止或保持旋轉，以調整各方向均勻生長，降低拉速使晶體長到預期的直徑，然後保持或停止拉速，由於結晶過程的自身特點，在合適的溫度梯度下，晶體能自行完成等徑生長。晶體在生長過程中或生長結束時不與坩堝壁接觸，這就大大減少了晶體的應力，不過，當晶體與剩餘的熔體脫離時，通常會產生較大的熱衝擊。
熱交換法：利用熱交換器來帶走熱量，使得晶體生長區內形成一下冷上熱的縱向溫 度梯度，同時再藉由控制熱交換器內氣體流量(He冷卻源)的大小以及改變加熱功率的高低來控制此溫度梯度，藉此達成坩堝內熔湯由下慢慢向上凝固成晶體之目的。

晶體生長方法	柴氏拉晶法(Czochralski method) 提拉法（CZ）	凱氏長晶法(Kyropoulos method) 泡生法（KY）	熱交換法（HEM）
晶體形狀	棒狀	梨狀	梨狀
晶體尺吋	受尺寸限制，目前直徑及有效長均小於150mm	較大尺寸，目前一般為35-90kg	大尺寸，目前一般為65-100kg
晶體質量	好	較好	好
優點	1.生長情況便於觀察，尺寸易控制 2.晶體外觀整齊	1.晶體質量較好 2.成本低	1.晶體尺寸體積大 2.質量較好
缺點	1.位錯密度較大 2.需要銥金坩鍋，成本高	1.操作複雜，一致性不高，成品率較低 2.不易生長C軸晶體	1.熱場不易均勻 2.需要大量氦氣做冷卻劑，成本高

資料來源：網路彙整

人造藍寶石介紹

藍寶石主要化學成分Al2O3，藍寶石屬於三方晶系其晶體結構為六方晶格結構，在自然界中當藍寶石在生長時，晶體內含有鈦離子(Ti3+)與鐵離子(Fe3+)時，會使晶體呈現藍色，而成為藍色藍寶石(Blue Sapphire)。當晶體內含有鉻離子(Cr3+)時，會使晶體呈現紅色，而成為紅寶石(Ruby)。又當晶體內含有鎳離子(Ni3+)時，會使晶體呈現黃色，而成為黃色藍寶石。就顏色而言，單純的氧化鋁結晶是呈現透明無色的，因不同顯色元素離子滲透於生長中的藍寶石，因而使藍寶石顯出不同的顏色。

藍寶石單晶體具有機械、光學以及熱學特性方面特性，具有零孔隙度，已被廣泛地應用於科學技術、國防與民用工業、電子技術的許多領域。比如透紅外視窗材料，微電子領域的襯底基片，鐳射基質、光學元件及其它用途等。

人造藍寶石特性：

• 高硬度，耐磨，硬度僅次金鋼石，莫氏硬度9
• 化學性質非常穩定，一般不溶于水和不受酸、堿腐蝕，只有在較高溫度下(300℃)可為氫氟酸、磷酸和熔化的氫氧化鉀所侵蝕。
• 高溫下介電性穩定
• 良好的導熱性
• 高熔點，在高溫下仍具有較好的穩定性，熔點為2030℃
• 輻射穩定性
• 在一定條件下增強光學輻射效應的能力
• 光透性能好，對紅外線透過率高

資料來源：網路彙整