陶瓷基複合材料（CMCs, Ceramic Matrix Composites）以高強度、耐高溫與優異耐磨特性著稱，廣泛應用於航太、賽車及汽車產業。然而，這些特性同時也使其加工難度極高。傳統磨削與鑽孔製程常面臨高切削阻力、工具磨耗快、裂紋生成多與加工效率低等問題。為解決這一問題，漢鼎智慧科技（HIT）推出超音波輔助加工技術，成功在碳纖陶瓷煞車碟盤（CCB）上展現突破性成果：材料移除率（MRR）提升 3.3倍砂輪壽命延長 3倍鑽孔週期縮短 5倍孔脆裂尺寸降至 ≤0.1mm刀具壽命延長 4倍  【為何陶瓷基複合材料（CMCs）難以加工？】 🔘 哪些材料特性導致崩角、毛邊與高熱問題？ 低斷裂韌性與缺乏塑性變形陶瓷基複合材料（CMCs）的脆性使得裂縫容易從微小缺陷處擴散，而非形成連續切屑，導致加工面不穩定、邊緣易崩。(圖1. 跑車用碳纖陶瓷煞車碟盤局部結構) 高硬度與磨蝕陶瓷性相如SiC、Al₂O₃等陶瓷相極具磨耗性，造成刀具快速磨損與切削熱集中。 非均質與異向性結構纖維增強結構造成切削力波動大、界面剝離，導致切邊模糊、毛邊增生。 熱傳導性低易集中切削熱加工時，切削熱能集中在刀具與工件接觸區，易導致過熱與材料毀損。 氧化敏感性高溫下，碳纖維基相容易氧化脆化，使韌性進一步下降並導致材料邊緣崩裂。 🔘 傳統加工方式的限制 磨削製程：加工時間長、高切削熱導致砂輪嚴重磨耗由於陶瓷材料極硬且具磨蝕性，鑽石磨粒易鈍化並脫落，導致磨削速率必須維持在低切深與低進給條件下，以避免脆裂與過熱。然而材料硬度造成加工時高切削熱生成，加上砂輪迅速磨耗與頻繁修整，使得材料移除率低、砂輪消耗高。 鑽孔製程：加工時間長、孔品質差、刀具嚴重磨耗CMC鑽孔通常耗時長且易產生邊緣裂紋，因為其高硬度與非均質結構使刀刃長時間接觸硬磨料，刀具的鑽石塗層迅速剝落。為避免鑽孔崩邊，往往必須犧牲加工效率，進一步延長週期時間。  【HIT超音波技術的創新解決方案】 🔘 超音波輔助磨削機制HIT超音波加工模組在磨削過程中提供砂輪每秒超過20,000次的軸向高頻微振動，使砂輪與工件週期性分離與撞擊，將傳統的連續摩擦轉化為微衝擊除料模式，大幅提升材料移除效率。此外，這種週期性分離能促進切削液進入加工區（刀具與工件接觸介面），實現砂輪冷卻降溫與高效排除切屑。(圖2. HIT超音波輔助磨削技術在碳纖陶瓷煞車碟盤CCB加工應用) 🔘 超音波輔助鑽孔機制在鑽孔中，超音波的微衝擊切削促進脆性材料內部產生微裂紋，使材料去除過程更受控。短接觸時間與低摩擦熱可防止孔口崩邊，同時讓切削液能更容易流入加工區域，有效提升整體鑽孔品質。  【HIT超音波輔助加工陶瓷基複合材料（CMCs）成功案例】 🔘 HIT超音波輔助陶瓷基複合材料CMC磨削加工 表A. 超音波磨削CMC：加工資訊  材料  碳纖陶瓷煞車碟盤（C/SiC）  加工特徵  平面磨削（粗加工）  使用刀把  HBT-40-W01 超音波砂輪刀把  使用砂輪           #80 Φ120mm 電著鑽石砂輪              碳纖陶瓷煞車碟盤 (CCB) : 平面磨削加工條件 表B. 加工參數（傳統 vs. 超音波）  主軸轉速 (S: rpm) 進給率 (mm/min)  徑向切深  (Ae: mm)  軸向切深  (Ap: mm) 超音波功率 (%) HIT 超音波 5,952 1,200 200.020100原製程9000.008-  HIT超音波為砂輪提供高頻微振動，加工時砂輪與工件間歇性撞擊，創造出冷卻與切屑排出的空間，有效降低磨削阻力。磨削阻力的降低使得進給率與切深可增加，每次加工能達到更高效率，最終達成3.3倍材料移除率提升（MRR）。同時，改善砂輪冷卻與排屑機制使砂輪壽命延長3倍。  碳纖陶瓷煞車碟盤 (CCB) : 平面磨削加工結果 表C. 加工成果 — 超音波技術帶來更高MRR與更長砂輪壽命  材料移除率 (mm3/min)砂輪壽命 (完成工件數/每顆砂輪)  HIT 超音波 4803原製程1441(圖3. HIT超音波磨削使碳纖陶瓷煞車碟盤CCB的材料移除率提升3.3倍)(圖4. HIT超音波磨削使砂輪壽命延長3倍)🧠 了解更多案例報告：碳纖陶瓷煞車碟盤（CCB）平面磨削加工🔘 HIT超音波輔助陶瓷基複合材料CMC鑽孔加工 表D. 超音波鑽孔CMC：加工資訊  材料  碳纖陶瓷煞車碟盤（C/SiC）  加工特徵  Φ5 x 5mm (盲孔)  *徑深比 1:1           使用刀把    HBT-40 超音波刀把  使用刀具       Φ5mm 鑽石鑽頭  碳纖陶瓷煞車碟盤 (CCB) : 鑽孔加工條件 表E. 加工參數（傳統 vs. 超音波） 主軸轉速(S: rpm)進給率 (mm/min) Q值-啄鑽量(mm) 軸向切深 (Ap: mm)超音波功率(%) HIT 超音波  4,000~6,500 2~8 0.16~1.00 2.5~550原製程4,00010.045-  在HIT超音波加工過程中，刀具間歇性撞擊工件，創造刀具冷卻與切屑排出的空間，有效降低鑽削阻力。鑽削阻力的降低使加工參數可進一步優化，單孔加工時間較原製程縮短5倍，達到更高加工效率。刀具與工件的撞擊頻率更高但力道更輕，孔邊緣脆裂尺寸明顯縮小，鑽孔品質提升5倍。相較於未使用超音波的加工，在相同參數下，單支鑽頭完成的孔數增加，刀具壽命延長4倍。  碳纖陶瓷煞車碟盤 (CCB) : 鑽孔加工結果 表F. 加工成果 — 超音波技術帶來更高效率、更佳孔品質與更長刀具壽命 加工時間 (分鐘/每孔)  孔脆裂邊尺寸 (mm) 完成鑽孔數量 (孔數/每支鑽頭) HIT 超音波 30.112原製程150.53(圖5. HIT超音波鑽孔使加工效率提升5倍)(圖6. HIT超音波鑽孔使孔品質提升5倍)(圖7. HIT超音波鑽孔使刀具壽命延長4倍)🧠 了解更多案例報告：碳纖陶瓷煞車碟盤（CCB）鑽孔加工  【產業應用場域】 🔘 汽車與賽車產業：碳纖陶瓷煞車碟盤（CCB, Carbon-Ceramic Brake Disc）(圖8. 碳纖陶瓷煞車碟盤廣泛應用於賽車產業 - 圖片來源: Gemanis Industries LLC)碳纖陶瓷（C/SiC）煞車碟盤因其高剛性、輕量化與卓越耐熱性，廣泛用於GT與耐久賽車。其輕量化結構可改善轉向反應、加快油門響應並維持煞車穩定性。陶瓷基體材料具有極佳抗氧化與耐磨性能，即使在潮濕或混合環境下也能保持穩定表現。不過，這類碟盤需適當預熱與墊片磨合，對衝擊與熱衝擊敏感，且成本相對高昂。 🔘 航太產業：飛機結構支架（Aircraft Brackets）(圖9. AI生成模擬圖, 顯示航太應用中採用CMC製作的飛機結構支架) 陶瓷基複合材料（CMC）被廣泛用於飛機引擎艙罩、排氣導管與隔熱防護等高溫區域。CMC支架具有低熱膨脹率、優異抗氧化性與高溫剛性，能有效減輕重量並降低緊固件受熱變形負荷。然而，其成本較高、缺口敏感度高、且加工公差要求嚴苛。  【常見問題（FAQs）】 🔘 Q1. 哪種鑽石粒度最適合CMC磨削加工？建議使用粒度#60～#120的粗粒鑽石砂輪進行大量除料的粗加工。以#80為起點，如需更佳邊緣品質再改用細粒。推薦使用電著鑽石砂輪搭配HIT超音波磨削技術，可降低磨削阻力、改善冷卻與切屑排出，並能進一步優化參數以提升材料移除率。 🔘 Q2. 哪種超音波振幅最適合CMC鑽孔？在CMC鑽孔中，100%超音波功率（約15µm振幅）通常過於強烈，可能導致微崩邊與孔邊緣脆裂。HIT超音波鑽孔技術可實現間歇接觸與斷裂切削，避免過度撞擊，同時保持低鑽削阻力，減少工件邊緣損傷。建議在碳纖陶瓷煞車碟盤（CCB）鑽孔時使用約50%超音波功率以取得最佳平衡。💡 了解更多HIT超音波先進材料加工方案（陶瓷、石英玻璃、光學玻璃、複合材料等）鋁基碳化矽(AlSiC) : 散熱板磨削(粗加工)碳化矽(SiC)：微鑽孔加工碳化矽(SiC)：曲面磨削(粗加工)碳化矽(SiC)：螺旋擴孔研磨加工碳化矽(SiC) : (D100-砂輪刀把)底磨加工氧化鋁(Al2O3)陶瓷 : 微鑽孔加工氧化鋁(Al2O3)陶瓷 : 外型磨削加工石英玻璃(Quartz Glass) : (D80-砂輪刀把)側磨-粗磨加工石英玻璃(Quartz Glass) : 極座標磨削加工石英玻璃(Quartz Glass) : 微流道擺線加工玻璃(Glass) : 微鑽孔加工不鏽鋼(SUS304) : 曲面微鑽孔_通孔加工不鏽鋼(SUS420) : 微銑削&微鑽孔加工📖 參考資料Machining of ceramic matrix composites: Challenges in surface integrity, Materials Today: Proceedings JournalThe new challenges of machining Ceramic Matrix Composites (CMCs): Review of surface integrity, International Journal of Machine Tools and ManufactureThe Pros & Cons of Advanced Ceramics, MSC Industrial Direct Co., Inc.Ceramic Matrix Composites, BCC ResearchCeramic Matrix Composites Offer Lighter, More Durable Engine Parts, SAE Media Group (Pratt & Whitney)Arris Composites, Airbus collaborate on composites research for lightweighting cabin brackets, CompositesWorldBrake Designs For Cars, What Do They Mean?, Gemanis Industries LLCStudy of the machining quality of CMC ceramic composite during high-speed grinding, Journal of Physics: Conference Series-漢鼎智慧科技 Hantop Intelligence Tech.✨超音波先進材料製程解決方案✨☎️ +886-4-2285-0838📧 sales@hit-tw.com