基于超聲振動(dòng)的納米復(fù)相陶瓷的斷裂特性研究.pdf

1、本文分析了超聲加工陶瓷以及陶瓷斷裂的研究進(jìn)展，總結(jié)了超聲作用于陶瓷材料的研究中目前存在的主要問(wèn)題，針對(duì)納米復(fù)相陶瓷材料加工中出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象，指出了研究超聲加工下納米復(fù)相陶瓷斷裂特性的必然性，這對(duì)于揭示納米復(fù)相陶瓷材料在超聲加工下的高效去除機(jī)理，進(jìn)一步完善納米復(fù)相陶瓷材料高效加工技術(shù)具有重要的意義。
　　首先利用非局部理論分析了超聲振動(dòng)條件下納米復(fù)相陶瓷材料的斷裂機(jī)理，建立了超聲條件下的非局部本構(gòu)模型，并對(duì)模型中的非局部應(yīng)力、非局部

2、模量進(jìn)行了研究，得到結(jié)論：非局部模量隨著超聲頻率的升高而明顯降低；非局部應(yīng)力隨著超聲頻率的增大而減?。粦?yīng)力衰減幅度隨超聲頻率的增大而增大。
　　其次，根據(jù)超聲加工條件下納米復(fù)相陶瓷斷裂特性研究的具體需要，設(shè)計(jì)了超聲振動(dòng)條件下三點(diǎn)彎曲疲勞斷裂試驗(yàn)裝置，并對(duì)裝置進(jìn)行振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)效果良好，符合試驗(yàn)要求。同時(shí)提出了對(duì)超聲振動(dòng)條件下的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行在線觀測(cè)的思路，并初步建立起在線觀測(cè)平臺(tái)。
　　然后，利用振動(dòng)微分方程對(duì)疲勞斷裂

3、試樣進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，并通過(guò)ANSYS進(jìn)行受力分析。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)較為合理，并在理論上確定了對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行在線觀測(cè)的觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比普通磨削和超聲磨削的磨削效果，確定了采用超聲磨削的方法，并對(duì)加工后的試樣進(jìn)行人工拋光。通過(guò)對(duì)加工后的試樣表面進(jìn)行檢測(cè)分析，得到表面質(zhì)量較好，基本滿足疲勞斷裂的試樣要求。
　　最后，通過(guò)超聲振動(dòng)條件下三點(diǎn)彎曲疲勞斷裂試驗(yàn)，對(duì)比超聲振動(dòng)載荷和普通載荷條件下的試驗(yàn)結(jié)果，得到了如下結(jié)論：
　?。?）疲勞壽

4、命和抗彎強(qiáng)度隨超聲頻率的增加而下降，這與建立非局部模型的理論分析結(jié)果相一致，證明了建立的模型具有一定的合理性。隨ZrO2含量的增加，疲勞壽命和抗彎強(qiáng)度增加，在含量為25％時(shí)達(dá)到最大值，隨后隨著ZrO2含量的增加反而有所下降；
　?。?）通過(guò)斷口微觀形貌分析，發(fā)現(xiàn)在普通載荷條件下的疲勞斷裂方式以沿晶斷裂為主，而超聲振動(dòng)載荷條件下的疲勞斷裂方式以沿晶-穿晶混合模式為主，且斷口存在明顯的韌窩、解理面現(xiàn)象；
　　（3）通過(guò)試驗(yàn)前后的

5、物相分析，發(fā)現(xiàn)在疲勞斷裂過(guò)程中存在相變?cè)鲰g現(xiàn)象，且相變量隨試樣中ZrO2含量的增加不斷增加，在含量為25%左右時(shí)達(dá)到最大，隨后又有一定的下降；隨頻率的增加而增加，但影響程度較弱；
　?。?）通過(guò)在線觀測(cè)發(fā)現(xiàn)納米復(fù)相陶瓷在斷裂之前具有一定的彈性變形，經(jīng)測(cè)量最大變形處達(dá)到8.89mm；超聲頻率較高條件下的疲勞裂紋起始點(diǎn)基本在受力正下方的最大受拉面，裂紋的最大偏轉(zhuǎn)角較小，而在超聲頻率較低下的疲勞斷裂點(diǎn)則發(fā)生偏移，且裂紋的最大偏轉(zhuǎn)角達(dá)到了