陶瓷基復(fù)合材料界面強度與磨削過程材料去除機(jī)理研究.pdf

1、與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)陶瓷相比纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有更高的抗沖擊韌性和抗彎強度，是重要的國防裝備新材料。由于纖維的增強作用，纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有類似金屬的斷裂行為，對裂紋不敏感，是典型的高硬度、強韌性難加工新材料。磨削加工是纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的主導(dǎo)加工方法，目前國內(nèi)外在此方面的研究還處于初期階段，作為增韌相存在的連續(xù)纖維對材料去除的作用機(jī)制尚不明晰，導(dǎo)致磨削效率低下、加工損傷不易控制等問題亟待解決，嚴(yán)重制約國防裝備能力的發(fā)展。

2、　　本文以碳纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料為研究對象，研究增韌纖維/陶瓷界面細(xì)觀力學(xué)行為與界面失效機(jī)制，建立纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料本構(gòu)模型，通過單顆?？虅潓嶒炁c磨削實驗研究在磨粒干預(yù)條件下連續(xù)纖維對復(fù)合材料微觀裂紋萌生、擴(kuò)展及材料去除的作用機(jī)制，揭示纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料磨削過程材料去除與新表面創(chuàng)成機(jī)理，優(yōu)化磨削工藝與工藝參數(shù)，提高磨削效率、降低加工損傷。
　　論文理論分析了陶瓷基復(fù)合材料制備過程中纖維/基體界面的物理、化學(xué)作用，研

3、究了纖維/基體界面本構(gòu)關(guān)系以及界面在載荷作用下的失效機(jī)制，同時建立了“纖維—界面—基體”的單胞物理分析模型。此外，通過陶瓷基復(fù)合材料單胞理論模型的分析，設(shè)計并制備了單向C/SiC模型復(fù)合材料并以此研究陶瓷基復(fù)合材料的磨削加工機(jī)理。上述工作為編織陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　在陶瓷基復(fù)合材料的界面力學(xué)性能測試方面，利用微/納米力學(xué)測試技術(shù)，采用納米壓痕儀，開發(fā)了單纖維壓出實驗平臺。通過單纖維壓出實驗，獲得了C/S

4、iC復(fù)合材料界面力學(xué)的兩個重要參數(shù):界面脫粘剪切應(yīng)力(35±5MPa)和界面摩擦剪切應(yīng)力(10±1MPa)，并揭示了纖維壓出過程中的界面破壞及裂紋傳播規(guī)律。上述工作為復(fù)合材料界面力學(xué)分析及磨削機(jī)理的研究提供了重要的實驗依據(jù)。
　　在陶瓷基復(fù)合材料的微/納米加工方面，利用微/納米力學(xué)測試技術(shù)，采用納米劃入儀，對自行設(shè)計的模型復(fù)合材料進(jìn)行刻劃試驗。通過試驗揭示了單顆磨粒作用下的界面失效機(jī)制及微觀材料去除機(jī)理。該研究為陶瓷基復(fù)合材料磨削

5、機(jī)理及復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　在陶瓷基復(fù)合材料磨削機(jī)理方面，利用金剛石砂輪，對模型復(fù)合材料進(jìn)行磨削試驗。試驗揭示了纖維方向、磨削參數(shù)（磨削深度、進(jìn)給速度、砂輪轉(zhuǎn)速）對磨削過程中磨削力、表面粗糙度、表面微觀特征的影響規(guī)律，探明了C/SiC的磨削加工材料去除機(jī)理。該機(jī)理的探明對陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)化磨削工藝與工藝參數(shù)，提高磨削效率、降低加工損傷具有重要意義。
　　本文的研究成果不僅對完善磨削加工理論具有重要的科學(xué)價