12.3 複合材料加工
複合材料是由不同特性材料組成的混合物，具有組成之個別材料所無法達成或同時兼有之特定功能和機械性質。
複合材料的應用很早就有，例如建材用的土磚即為人造之複合材料，而木材和竹子則是天然複合材料。
木材的成形加工是以利用手工具和木工工具機的切削加工為主。
1.手工具包括手鋸和鑿子。
2.木工工具機則有平鉋機、手壓鉋機、帶鋸機、圓鋸機、線鋸機、鑽床、木工車床和砂輪機等。
複合材料也可依強化材構造形式分為纖維複合材料、粒子複合材料和板狀複合材料等。
12.3.1 纖維複合材料加工
基材為聚合體或金屬材料為主，強化材的形式為連續性的長纖維或經切細的短纖維。
通常在纖維的表面先給予塗上膠水等浸漬處理做為保護。
此類型複合材料中最具代表性的是強化塑膠
不同的製造方法。
1.纏繞法：
q將連續性的長纖維束浸泡通過液態聚合物(塑膠材料)後，纏繞在靜止或旋轉的心軸上，聚合物儲槽可做左右移動，如圖12.2所示。
q經一層層纏繞到所需厚度後，再加熱使聚合物固化，形成強化塑膠。
q若將心軸移除，即可得到筒狀或球狀容器。若心軸是鋁或鈦合金製成的產品，則不必移除，強化塑膠可形成保護層，例如分機引擎導管、推進器等。
2.薄片製法
q將連續性的長纖維束併排後加以表面處理，然後浸入聚合物儲槽中形成薄片或膠帶，用途有平板、波浪板，電氣絕緣材和飛機之結構件等。
q可將連續性的長纖維經切碎機切成短纖維，以聚合物包覆成薄膜，再經滾軋機壓成薄片，做為進一步成形加工用之原料。
3.模製法
q 將短纖維與聚合物基材及添加劑混合後，可利用塑膠加工之注射模製法、熱成形法、壓力模製法、移轉模壓製法等。
4.拉製法
q將連續性的長纖維預先浸過聚合物形成複合材料排列後，經預型模加工成初步形狀，再送入內含拉製模的加熱爐中，將聚合物固化後拉出模外。
q依長度需求予以切斷即為產品。可用於大量製造有一定截面的零件，例如高爾夫球桿、欄杆等。
5.拉伸成型法
q 將強化纖維拉浸過聚合物後，利用分離模夾緊，經硬化後成形的製造方法，產品有汽車板片彈簧等。
金屬基纖維複合材料的加工成形法有：
1.用傳統的鑄造法，或用加壓氣體強迫液態金屬進入由強化纖維做成的預形體，經固化成形。
2.金屬粉末與強化短纖維均勻混合後，利用粉末冶金的冷均壓成形法或熱均壓成形法製造零件。
3.共擠製 法即金屬材料之擠製法的應用，例如可用來將超導體細絲嵌在銅基材內，以免因磁流漂移而喪失其超導能力。
陶瓷基纖維複合材料的製造法有浸漬熱壓法，
1.維浸入含有陶瓷基材和黏結劑的泥漿槽中，在纖維外被覆一層泥漿，乾燥後排列堆積，然後再加熱加壓成形。
此外，可利用化學汽相蒸鍍法(CVD)製造。
12.3.2 粒子複合材料加工
粒子複合材料的基材可為聚合體、金屬或陶瓷材料，製造的方法有粉末冶金法和熔湯鑄造法兩類。
1.粉末冶金法
q將強化材粒子粉末與基材粉末均勻混合後，經壓製成形、燒結或化學反應鍵結而得到產品。
2.熔湯鑄造法
q又稱為複合鑄造，是指將固體粒子加入激烈攪拌後之熔融狀態的基材內，形成類似固相的熔湯，然後利用加壓方式將熔湯擠入模具內成形。
典型的產品有
Ø碳化鎢陶金刀具。
Ø開關和繼電器等電接觸材料。
Ø砂輪片包含提供硬度的磨料(Al2O3,SiC,CBN,鑽石等)。
12.3.3 板狀複合材料加工
板狀複合材料包含被覆層材、硬面材、覆面材(如銀幣、、熱交換器)、雙金屬(如斷電器、熱阻器)和積層材(如合板、安全玻璃、印刷電路板)等。
目的為增進美觀、耐磨、耐蝕、增加強度或降低成本、減輕重量，或提供特殊性質(例如不同熱膨脹係數的雙金屬)。
製造方法有滾軋鍵結、爆炸鍵結、共擠製法和硬銲法等，其加工方式和前面章節所敘述者相近。
蜂巢狀材料的生產方法
Ø利用滾軋加工製造薄片材料，並於適當間隔之距離上膠後堆疊，然後加熱使膠硬化而結合，再經切片及展鍛成為蜂巢狀結構。
Ø皺折加工利用一對特殊設計的滾輪將薄片材料軋成皺折狀，切取需要的長度，塗以黏結劑並經硬化後而得。
將蜂巢狀材料與上、下兩面板黏結後，可得到夾層結構體，應用於飛機機身等。
12.3.4 複合材料之切削加工
複合材料是由至少兩種不同特性的材料所組成之。
利用傳統切削方法加工會產生與金屬材料切削時不同的問題，其切削性不佳。例如對強化塑膠車削時不能使用切削液冷卻，故切削速度低。
鑽孔時易因纖維未被完全切斷而產生毛邊等。
可利用非傳統加工解決複合材料切削上的困擾，例如利用超音波振動協助切削複合材料可降低切削阻力。
利用電子束加工或雷射加工，可製造微小孔或深孔，及切削複雜形狀的工件。
磨粒噴射加工和水噴射加工也是複合材料成形切割的重要加工方法。
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