軟磁復合材料的案例
軟磁復合材料(SMC)
wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><strong><em>軟磁復合材料(SMC)</em></strong></p><p><strong>■ 耀德講堂 / 邱耀弘 博士</strong></p><p><strong>(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.080)</strong></p><p><strong>前言</strong></p><p>本文參考日本微射出成型株式會社(Micro MIM Japan, μ-MIM?)的網上資料，包含圖形以及部分內容的翻譯。和硬磁（即永久磁石，含天然與人造）材料有很大的區別，所謂的軟磁性材料是其具備低磁性且具有高導磁率的材料。盡管這些材料暴露在外加強磁場時會變得具有強的磁化，但在該外加磁場去除之后能夠恢復沒有磁性（消除磁力）導致它們是特別有價值，因為電磁共生的效應，我們控制電流發生磁場，便可達到關閉與開啟磁場，這在電子電路版上有非常多的應用場景。軟磁材料的零件已用于家用電器、計算機相關辦公設備、通用工業設備，如氣動設備、機動車燃油噴射裝置中的電磁閥、電磁閥芯、噴油器芯、柱塞和扭矩傳感器芯以及各種傳感器。在軟磁零件對高精度或復雜形狀的頻繁需求中，當前的方法涉及使用切割和粉末冶金方法制造，但也帶來了許多問題。作為回應，日本的μ-MIM?公司其技術引領了制造研究工作，作為研究MIM如何應用于磁性零件的工作的一部分（2008年：METI，戰略性基礎技術改進支援運營；2011年全面采用并商業化）。</p><p>在前面Dr. Q和趙碩士已經很詳細的介紹MIM工藝，通過MIM工藝可以優化金屬零件小型化、處理復雜形狀、大批量生產以及提高材料產量的方式。此外，日本μ-MIM?公司擁有其μ-MIM?技術可以應用于制造近凈形、高精度的軟磁零件。
展開 軟磁復合材料(SMC)
Fe-Si alloy/ 鐵硅（硅）合金
鐵硅材料其實是馬達電機中用的硅鋼片，以作為電磁導引的基底，和永磁互相作用使馬達軸高速懸浮且能旋轉，在鐵中添加硅意味著比純鐵的共旋力更小，并且由于電阻增加，鐵損耗最小，從而形成一種優秀的軟磁材料。然而，材料的硬脆特性阻礙了可加工性。因此在粉末基礎上，利用MIM 有望實現淨形零件的生產。此外，在保留所有磁性的同時，它正在開發表面改性、復合技術和檢測微量附加元素，以彌補其強度和耐腐蝕性差的缺點。
Fe-Co alloy/ 鐵鈷合金
波門杜爾鐵鈷合金或稱HiperCo 是一種軟磁材料，其特點是鐵和鈷的合金比例為1:1，其突出特點是最高的磁通密度。它用于電磁透鏡、電子顯微鏡、最新的列印頭和線性脈沖電機；所有這些都要求高可靠性。然而，在退火和常規加工過程中，材料容易脆化或變形。MIM 通常可以解決復雜形狀或薄壁零件的高精度批量生產等問題。此材料中加入V(0.8-1.2%) 是為了改善材料的硬脆性。
另有其他MIM 材料可以做為磁阻特性及較新的導磁材料，包含：
如銅、黃銅、鋁等，這是可以使用MIM 工藝制作的磁阻材料；
鈷鉻鉬合金(ASTM F75) 是2018 年起美國蘋果公司使用在手機后攝像鏡頭保護片的新材料，其導磁率高、無磁化特性、不易生銹，且硬度高，適合制作成薄件，但材料價格較為昂貴；
非金屬的鐵氧體包含錳鋅、鎳鋅鐵氧體，這些是用來作為電感元件的中芯材料；
最新的鐵系非晶合金也已經使用MIM 工藝制作軟磁元器件。
應用說明
如圖2 所示的產品和應用范例。
展開 NASA資助大直徑3D打印軟磁材料開發
導讀：太空電力推進系統對行星際任務的重要性正在增加，而現有的磁性材料和制造方法不足以生產具有足夠機械強度和磁性的大直徑霍爾效應推進器(HET)。因此，人們需要更好的制造方法來生產具有正確磁性和結構堅固性的HET。
△NASA噴氣推進實驗室運行的6kW霍爾推進器
南極熊獲悉，Elementum 3D于2021年6月17日宣布獲得NASA SBIR第一階段資金，開發用于大直徑增材制造軟磁材料。第一階段工作的主要目標是研究、開發和展示適用于生產大直徑霍爾效應推進器的軟磁原料材料和增材生產工藝，滿足磁性和機械性能目標。
△VAC用軟磁材料制成的沖壓（非3D打印）部件。雖然Co-Fe軟磁產品可以很容易地制成片材，但大坯料生產會導致材料脆弱、易碎和不均勻。
鈷鐵軟鐵磁合金具有無與倫比的磁飽和、高導磁率、高居里溫度和極高的強度，非常適用于軟磁應用，包括霍爾效應推進器（HET）。然而，這些合金由于低延展性和無法生產大尺寸形狀面臨制造性問題。雖然Co-Fe軟磁產品可以很容易地制成片材，但大坯料的生產會導致材料脆弱、易碎和不均勻。
△直接金屬激光燒結(DMLS)
Elementum 3D與Altius Space Machines合作，提議開發一種增材制造 (AM) 工藝和材料原料，利用鈷鐵軟磁材料制造大直徑HET。3D打印技術能夠直接從粉末原料生產大型結構，這將克服鐵鈷坯料制造尺寸的問題。其他優勢還包括有利的BTF比（Buy-to-Fly ratio）、設計自由度和推重比（Thrust-to-weightratio）的增加。
展開 主動變形智能復合材料設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告 ￥19.89
在通電條件下，MFC發生電能-機械能轉換，驅動結構復合材料發生變形。主動變形智能復合材料的變形能力與MFC的性能、結構復合材料的厚度、鋪層方向等因素有關。復合材料的優勢是其結構包括鋪層的可設計性，因此，需進行鋪層設計及變形模擬方面的工作，為后續實驗研究提供理論指導。
二、研究內容
本項目以復合材料層合板+MFC復合后的材料為研究對象，以復合材料層合板的力學性能、MFC的基本性能為輸入，以復合材料層合板+MFC復合后的材料最大彎曲角度為2°為目標，進行鋪層設計和變形仿真模擬。建立厚度、鋪層方式與變形角度的關系，篩選出優化的鋪層和厚度，為下一步進行縮比典型試驗件的設計和研制提供理論指導。
展開 
一文帶你了解復合材料：復合材料的種類、加工及應用
什么是復合材料？
復合材料在某些應用中是鋁、鈦和鋼的合適替代品，因為它們重量輕、性能好、低碳和低能耗。復合材料可分為紡織復合材料、綠色復合材料、生物復合材料和混合復合材料。在所有類型的復合材料中，綠色復合材料因其環境友好性、可持續性和在不同環境中可完全生物降解，不留下任何有毒殘留物而吸引了相當大的興趣。此外，監管機構已經規定了嚴格的指導方針和立法，以停止生產對環境有害的材料。在復合材料行業中，有幾個全球參與者使用不同的加工技術進行運作。這些主要參與者正在與研究人員合作，尋找新的方法來提高材料的質量和生產能力，同時降低產品的價格。復合材料的市場正在迅速增長，預計從2017年到2025年將增長10%。復合材料市場的領導者是美洲、亞太、歐洲、中東和非洲。
聚合物復合材料已廣泛應用于汽車、航空航天、建筑和包裝等領域;他們的市場正在迅速增長。人造纖維如玻璃纖維和碳纖維已被用作增強材料，以提高聚合物復合材料的性能。然而，結合一種或兩種纖維增強聚合物的復合材料，也稱為“混合復合材料”。
復合材料分類:
一般來說，復合材料有四種類型：
——紡織復合材料
——生物復合材料
——綠色復合材料
——混合復合材料
1. 紡織復合材料:
紡織復合材料（又稱之為纖維增強復合材料）由于其獨特的性能，在過去的幾十年里得到了廣泛的應用。高分子復合材料中各種類型的增強材料都是紡織材料，特別是用纖維增強體增強高分子復合材料。自復合材料問世以來，人們就一直在探索纖維增強材料。這些增強纖維包括纖維（短纖維和長纖維）、紗線和織物。
展開 SD Mines的復合材料在復合材料比賽中展示
SD Mines的復合材料在復合材料比賽中展示。礦業和技術學院（美國南達科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學生在材料和工藝工程促進協會 （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學生橋比賽中獲得第二名通過設計一個重量僅為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業學生使用由Mines復合材料和納米復合材料先進制造中心（CNAM）以及復合材料和聚合物工程（CAPE）實驗室的研究人員團隊發明的專有復合材料板材設計橋梁設計。 通過將稱為不連續纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨特CNAM材料以適當的厚度比粘合到輕質蜂窩芯的頂部和底部，學生們能夠設計層壓夾層結構的性能以滿足負載要求競爭對手，同時保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實現均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實現高性能。
“CNAM并沒有開發出超級材料; 我們開發了一種低成本，高性能，環保的復合材料，可以經過精心設計，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統的高成本碳纖維復合材料競爭非常有利，“團隊顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實驗室主任。
橋梁團隊包括Matthew Phillips，數學和機械工程高級; 施密德，博士 納米科學與工程專業的學生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學計劃的學生，也獲得了2018年SAMPE國際大學領導經驗獎。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發的內部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業應用，從體育用品到汽車再到飛機，因為它制造堅固，重量輕，價格低廉?！?/span>
展開 SD Mines的復合材料在復合材料比賽中展示
SD Mines的復合材料在復合材料比賽中展示。礦業和技術學院（美國南達科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學生在材料和工藝工程促進協會 （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學生橋比賽中獲得第二名通過設計一個重量僅為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業學生使用由Mines復合材料和納米復合材料先進制造中心（CNAM）以及復合材料和聚合物工程（CAPE）實驗室的研究人員團隊發明的專有復合材料板材設計橋梁設計。 通過將稱為不連續纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨特CNAM材料以適當的厚度比粘合到輕質蜂窩芯的頂部和底部，學生們能夠設計層壓夾層結構的性能以滿足負載要求競爭對手，同時保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實現均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實現高性能。
“CNAM并沒有開發出超級材料; 我們開發了一種低成本，高性能，環保的復合材料，可以經過精心設計，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統的高成本碳纖維復合材料競爭非常有利，“團隊顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實驗室主任。
橋梁團隊包括Matthew Phillips，數學和機械工程高級; 施密德，博士 納米科學與工程專業的學生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學計劃的學生，也獲得了2018年SAMPE國際大學領導經驗獎。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發的內部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業應用，從體育用品到汽車再到飛機，因為它制造堅固，重量輕，價格低廉。”
展開 恭喜CF/PEEK復合材料論文在纖維復合材料雜志發表！
恭喜CF/PEEK復合材料論文在纖維復合材料雜志發表！
君華又一篇CF/PEEK復合材料論文收錄于《纖維復合材料》期刊
江蘇君華特種工程塑料制品有限公司工程技術研究中心的復合材料研發部門于2022年3月在《纖維復合材料》期刊雜志上刊登發表了《連續碳纖維織物增強PEEK熱塑性復合材料匹配性研究》的文章。
連續碳纖維織物增強PEEK熱塑性復合材料匹配性研究<<<<
論文聚焦行業熱點，采用科學準確的研究方法，利用公司先進的研究設備和科研環境，經過耐心細致的反復試驗，得出精確詳實的實驗數據，收獲創新成果匯總成文。
該文對比了國內外七大碳纖維廠家的T300 3K纖維織物，分別與PEEK樹脂復合，從碳纖維性能、外觀、復合材料產品性能、復合材料破壞斷面和浸潤效果等方面綜合評估，考察碳纖維和PEEK樹脂材料的匹配性。通過驗證匹配，篩選出組合性能較好的四種，其中兩種組合的效果更好。篩選匹配方法可為行業應用材料選型和工業化生產提供借鑒和參考。
關于我們<<<<
江蘇君華特種工程塑料有限公司主導產品為 PEEK聚醚醚酮樹脂、型材及其制品，具有良好的耐溫性、韌性和耐疲勞性，以及自潤滑、阻燃、可植入性和可回收等特點，符合航空航天、軍工、醫療、特殊機械行業的要求，應用領域逐漸拓寬。該主導產品屬于江蘇省發展的先進制造業高端新材料集群和產業鏈“先進碳材料”復合材料及“化工新材料”，產業導向上屬于制造業“核心關鍵基礎材料”，已有16年的研發生產經驗。
PEEK聚醚醚酮是醫療骨科關節修復替代、運動醫學與軍工、航空航天產業關鍵領域發展替代進口的重要一環，屬于國家高新技術產業鏈及關鍵領域“強鏈、補鏈”的核心關鍵基礎材料，從根本上解決我國醫用PEEK材料依賴進口、臨床急需的相關創新產品開發缺乏基礎原料支撐、特殊領域被國外“卡脖子”等問題，打破國外壟斷，實現進口替代。
展開 美國宇航局先進復合材料技術之3D打印碳纖維復合材料
技術概述
美國宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創新者與路易斯維爾大學和美國空軍合作，開發了一種增材制造技術，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產具有高溫性能的復合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產品，該樹脂填充有精細研磨的碳纖維。隨后可以對所得復合材料零件進行后固化，為高溫航空航天應用做準備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復合材料零件。
這是增材制造聚合物技術的重大進步，通過提供一種需要相對較低熔融溫度的SLS工藝，創建得到具有高溫能力的復合材料，從而能夠對具有復雜幾何形狀的零件進行3D打印，以實現高性能應用。
? 3D科學谷白皮書
技術特征
NASA的這項技術是首個成功實現高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復合材料的3D打印技術。對碳纖維填充的RTM370進行選擇性激光燒結后進行后固化，以實現更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉變溫度為370℃的復合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復合材料，打印完成后需進行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統加工材料相比，通常較弱。最近，高溫熱塑性塑料已經通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規SLS 3D打印設備。隨后，使用多步驟循環對所得零件進行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉變溫度，同時避免在過程中發生尺寸變化。
展開 彈丸侵徹碳化硅陶瓷/纖維復合材料靶板，對稱模型、復合材料鋪層、材料方向、粘結接觸、無反射邊界設置 ￥9.9
君莫粉絲答疑：復合材料力學及Abaqus復合材料分析答疑（長期有效）
平時，每天都有很多讀者發來微信消息咨詢有關復合材料力學分析方面的問題，因時間靜力有限，不能逐一答復。為了答謝廣大粉絲對君莫的支持，特推出讀者答疑活動，每周末開展復合材料力學以及Abaqus復合材料分析相關的答疑交流活動。
活動時間：長期展開，選擇周內或周末晚上開始，具體時間將在微信群或者QQ群中提前通知
參與條件：君莫文章讀者，視頻課程讀者以及參加過線下培訓的學員均可以參與。
答疑范圍：復合材料力學、Abaqus復合材料分析、復合材料強度理論、Abaqus子程序開發、Abaqus python二次開發等。
特殊說明：每期討論時間約1-2個小時，根據問題多少適當調整，有需要答疑者請提前準備好問題，以word文檔形式提交，文檔中請盡量將背景、問題點、關注點描述清楚，因時間有限，每一期僅選擇有代表性的問題進行講解，答疑活動僅限于為大家提供解決方案和思路，不涉及具體的建?；蚓幊滩僮?。
本活動長期開展，有意參與者請添加微信mech_of_comps，備注“讀者答疑”。
再次感謝各位讀者對君莫的關注與支持。
展開 Abaqus在飛機復合材料中的應用 附abaqus官方復合材料教材下載
復合材料的應用
復合材料有許多特性：
? 制造工藝簡單
? 比強度高，比剛度大
? 具有靈活的可設計性
? 耐腐蝕，對疲勞不敏感
? 熱穩定性能、高溫性能好
由于復合材料的上述優點，在航空航天、汽車、船舶等領域，都有廣泛的應用。在下一代飛機設計中，復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰。例如在某客機各種材料的使用狀況，其中復合材料的比例約為50%。
借助于多層殼、實體殼及實體單元可以建立復雜的復合材料模型，這些單元允許疊加各向同性或各向異性材料層，材料方向允許變化。Abaqus提供的失效準則有最大應變失效準則、最大應力失效準則和Tsai—Wu失效準則等，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準則。Abaqus的復合材料功能特別適合于大量應用復合材料的新型飛行器。
Abaqus/CAE中復合材料的建模技術
在Abaqus/CAE中，有專門的復合材料設計模塊plyup。應用該模塊可對復合材料進行鋪層設計。對于每一個鋪層，可以選擇鋪層應用的區域、使用的材料、鋪層的鋪設角度、厚度等。對于鋪層較多的結構件，Abaqus/CAE提供了很方便的檢查手段，可顯示鋪層沿厚度方向將每一層分離展示，一目了然，這也是數字化設計的一大優點。
后處理模塊中，可以顯示每一個鋪層厚度方向上的應力、位移、損傷云圖，也可以顯示復合材料厚度方向上變量的變化曲線。
復合材料建模模塊（CMA）
通常情況下，在進行仿真分析中，復合材料鋪層都是按照理想設計進行分析的。而在復合材料實際的加工制造過程中，纖維鋪層不可避免地會發生折疊、交錯，因此纖維的方向以及鋪層的厚度都會發生變化。如果再按照理想設計的復合材料鋪層去進行分析計算，就得不到真實結構的力學性能。
展開 復合材料力學介紹—— 基本概念和分類 附復合材料力學文檔下載
引言
復合材料的定義有多種，大體而言，指的是兩種或多種不同性質的材料用物理和化學方法在宏觀尺度上組成具有新性能的材料。
本系列大體上參考《復合材料力學》，沈觀林等著，清華大學出版社。
文章盡量少地牽涉數學公式，以概念和觀點為主，并在最后增加了一些案例，說明復合材料力學是如何進行分析的。
本人在復合材料力學分析的水平和經驗水平有限，希望大家能一起學習討論。
基本概念
復合材料這個概念并不新鮮，人類很早就開始使用復合材料，如古代使用的土坯磚就是由黏土和稻草（或麥稈）組成；此外，我們熟知的鋼筋混凝土、膠合板等，都是復合材料。
復合材料從應用的角度大致可以分為2類：
功能復合材料，如導電、耐高溫燒蝕、磨阻等；
結構復合材料，作為一種結構件，具有高比強度或比剛度，我們這個系列主要討論的就是這類復合材料。
基本分類
結構復合材料由基體材料和增強材料兩部分組成：
基體材料，主要起到連接、固定、傳遞、保護等作用，通常由樹脂、金屬和非金屬；
增強材料，核心作用，提供材料的剛度和強度。
復合材料相比金屬材料，復雜得多，具有很多特點，并且可設計。
展開 WoundSim2020復合材料神器，能聯合abaqus完成各種復合材料的建模仿真 ￥599
就像WCM插件一樣，生成的Abaqus模型可以直接運行，其中包括：
圖層幾何和分區
清潔儲層網格生成
變換后的材料特性
根據垃圾箱分配的部分
模擬以驗證所有要求的儲層需求：
靜態和動態爆破壓力
熱膨脹
動態跌落測試和影響
循環和疲勞評估
ABAQUS結果
WoundSIM具有先進的材料特性，可以進行先進的后處理和復合材料層故障預測。
預編譯的用戶子例程可訪問高級輸出，例如
繞組角度，纖維和基體應力和應變，損傷參數和復合材料襯板界面損傷。
WoundSIM到Abaqus的界面提供了許多無縫的后處理功能，例如專用的路徑繪制和輪廓繪制工具，就像WCM插件中包含的那樣。
參數COPV建模
WoundSIM提供了高級工程功能和集成算法，從而為復合材料仿真設計人員和模擬工程師提供了多種功能。
下面列出了其中一些功能：
參數化設計能力
實驗設計
批處理
儲層幾何靈活性研究
與其他軟件插件的相關性
高級模型關聯
后處理高級圖像處理
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