RB-SiC材料的磨削加工表面層質(zhì)量研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代空間光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對大口徑空間反射鏡的需求日益顯現(xiàn)。碳化硅陶瓷作為第三代空間反射鏡材料，具有密度低、比剛度大、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好等優(yōu)異的物理和機(jī)械性能，在空間光學(xué)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。其中反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(ReactionBonded Silicon Carbide，RB-SiC)具有可制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)鏡體的優(yōu)點(diǎn)，已開始用于制備空間光學(xué)反射鏡。目前普遍采用金剛石砂輪磨削方法加工陶瓷材料，磨削加工不可避免地會(huì)在工件表面引入微裂紋、微破

2、碎等損傷。反應(yīng)燒結(jié)碳化硅是由SiC和Si構(gòu)成的兩相材料，其損傷機(jī)理不同于其他陶瓷材料，研究磨削加工RB-SiC時(shí)的材料去除機(jī)理和有效的評估加工參數(shù)對磨削質(zhì)量的影響十分必要。本文利用單顆粒金剛石劃痕試驗(yàn)研究RB-SiC材料在單顆金剛石磨粒作用下的材料變形機(jī)制，通過磨削試驗(yàn)研究了兩相材料的磨削表面層損傷特征，分析了磨削材料去除機(jī)理，探索了加工參數(shù)對表面質(zhì)量的影響規(guī)律。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)對RB-SiC材料進(jìn)行了一系列的單

3、顆粒金剛石劃痕測試試驗(yàn)，研究了材料在單顆磨粒作用下的微觀變形和損傷特征。試驗(yàn)結(jié)果表明:根據(jù)軸向加載條件的不同，RB-SiC材料會(huì)發(fā)生如下的變形過程:微觀塑性變形、微裂紋、微破碎和大面積破碎。
　　(2)對RB-SiC材料進(jìn)行磨削試驗(yàn)，分別使用光學(xué)顯微鏡和截面顯微觀測法對磨削后的表面形貌和亞表面損傷進(jìn)行檢測，分析了RB-SiC磨削的材料去除機(jī)制及表面層質(zhì)量特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:磨削加工時(shí)，RB-SiC材料去除以脆性斷裂模式為主，大顆粒

4、SiC材料去除的主要機(jī)制是橫向裂紋擴(kuò)展至表面或微裂紋相交形成的材料剝落，SiC小顆粒與Si混合相內(nèi)材料去除的主要機(jī)制是大量密集的短小橫向裂紋擴(kuò)展至表面或相交形成的微破碎。
　　(3)對RB-SiC材料進(jìn)行了系統(tǒng)的磨削試驗(yàn)，分別研究了表面粗糙度和亞表面損傷深度隨磨削深度、進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速三個(gè)工藝參數(shù)改變的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:表面粗糙度和亞表面損傷深度隨工藝參數(shù)改變而變化的趨勢一致，當(dāng)磨削深度和進(jìn)給速度增大、主軸轉(zhuǎn)速減小時(shí)，表面