金刚石涂层，为CFRP机加工插上腾飞的翅膀

　　轻型材料经常同航空、航天相提并论。无论怎样，飞机或航空飞行器都想尽可能地轻装起飞并减少燃料损耗。也正是基于这个原因，纤维增强型塑料和纤维增强型复合材料、铝合金以及钛合金等新型材料被航天工业大范围地使用。只有使用涂层的整体硬质合金材料才能实现以经济、合理地对付难以加工的材料进行长时间的精确加工，并确证加工的可靠性。

　　大多数不同种类的轻型结构材料-碳纤维-增强型塑料（CFRP）、铝、钛以及其它-都被用于需要最小体积、最轻重量以及高机械性能要求的部位。设计工程师总是在利用某种材料的优势的同时，摒弃它的劣势。这些材料在航空领域应用的比例在不断地提高：今天，在航空工业，CFRP材料所占的比例已经超过40%，如：垂直稳定用的加强件（纵梁），气密隔板，框架，横梁或尾部不同结构面板都是由CFRP构成的。减少的燃料损耗可以用来再增加一名乘客或多飞行一公里。可以预测到，在将来飞行器上碳纤维增强型材料占有率会超过50%。

　　然而，CFRP的优势受到其高昂价格的挑战，其部分高价格来源于其难以加工性：加工这些复合材料的磨损非常大且其基体（粘合物）或纤维（抗张强度）展现出显著不同的特性。Manfred Weigand,CemeCon公司产品经理介绍说：“在机加工中，硬质碳纤维增强型材料造成了极高的磨损。只有最坚硬的切割材料和涂层才能对此有所帮助。”

以最坚硬的涂层对抗磨损

　　纤维不得不被切除，以免从更加柔软的、热敏性树脂基体中分离。如：纤维分层会削弱CFRP部件的结构。“考虑到这一点，知道在机加工过程中，纤维是被折断而不是切断的非常重要。铆订的钻孔内出现凸起的纤维毛刺会导致铆订连接的松动。”Manfred Weigand 解释说。相应的，在这一区域，航天飞行器的质量要求特别高。从第一个到最后一个空，钻孔直接必须保证在规定的公差内并满足质量要求。

CCDia用于延长刀具寿命

　　对于这样一个挑战，只有高质量的硬质合金钻头才可以考虑-可以作为能够满足硬金属加工和苛刻尺寸要求的加工工具。汉堡科技大学生产管理和技术研究所Wolfgang博士补充说：“复合金刚石涂层对于CFRP机加工拥有众多的优势。金刚石涂层可以和不同特性的、各种结构以及具有复杂几何形状的刀具结合在一起，成为其不可分割的一部分”。无论是钻孔还是铣削加工，只要拥有金刚石涂层，都可以轻而易举地完成CFRP以及其他各种黏性夹心材料的机加工任务。于此同时，加工刀具的使用寿命、进给速度以及加工公差等都非常令人满意。

　　目前CemeCon公司推出的复合金刚石涂层生产线CCDia^®提供的涂层服务都基于最苛刻的技术要求。复合金刚石涂层不仅具有一般晶体涂层拥有的超强附着力的特性，而且还具有纳米晶体涂层所独有的极其光滑的表面。在刀具设计中，该涂层提供了无限可能的几何特性。复合涂层较单一涂层更好的防止硬质合金刀具的热渗透。此外，超级的硬度、优化的内应力也是复合金刚石涂层众多优点中的一部分，以确保刀具的超长使用寿命。

让起飞更轻松——费用一降到底

　　不同制造商生产的数量庞大的系列刀具证明了CemeCon公司的金刚石涂层如何确保他们在竞争激烈的市场赢得先机并提供给他们复合材料机加工的广泛可能性。如：相对于AITiN涂层，在纤维增强性塑料方面铣削加工，刀具寿命提高了至少8倍以上。

　　Manfred Weigand：“同未涂层的刀具相比，铣削多层CFRP-Ti-Al复合材料，得到的结果更加惊人：事实证明，由于拥有CCDia^®涂层，刀具寿命增加了900％。甚至连我们自己有时都不得不惊讶于这些数据！”。使用特殊的、客户指定的金刚石涂层甚至可以实现航空领域极其精密的H7或H8钻孔公差的要求。

究竟什么是CFRP?

　　CFRP纤维复合材料可用于各种不同的几何外形。主要的不同在于CFRP材料的特性和淬火温度。一般来讲，US带较成型毛坯性能更好而且重量更轻。使用US带制造的组部件可以更好地满足特殊结构要求以及降低重量的设计理念。于此相反，US带的加工制造成本远高于成型毛坯材料。

　　在实现CFRP部件加工前，全世界走过了漫长的道路。开始使用人造纤维（聚丙烯晴 PAN)制造碳纤维。该人造纤维在最高温度为2500摄氏度的特定环境下，经过多个阶段的碳化而成。在这个阶段中，所有不是碳的化学物质都被从纤维中除掉。这样就得到了具有极高硬度和强度的、直径为6－7um的丝（图1）。

　　为继续材料过程，这些丝被组合在一起成为粗纱（纤维束）并卷在一起形成卷盘。根据应用的要求，3000至24000根丝可以组成一根粗纱。这些粗纱可以被织成纤维布或多个粗纱相互之间平行放置直接做成无方向的，宽度为1500米的prepreg.成型毛坯件随后可加工成prepreg.

　　“prepreg”是“pre-impregnated sheet(预制布)”的缩写。也就是说，纤维布可以使用诸如反应树脂类的塑料注模进行溶化。对于不同的应用，prepreg的厚度在0.125至0.35之间。

　　CFRP部件的制造指对多个独立的层进行切割并将它们以预先规定的方式放在一起。对于纵向的、特定的区域，层数可达30层，以确保其可承受的机械负荷（图2）。

　　CFRP用于低重量、高机械负荷能力以及高强度要求的地方，这也就是为什么空中客车的侧翼、尾翼及纵梁几乎全部采用这种材料制成。A380尾翼和圆顶上的改进部件，A400M尾翼上的备件也都全部由CFRP制成。

图1：单纤维

图2：人工叠片程序

应用于现代航空器中CFRP尾翼

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