基于超聲振動的納米復(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題，針對納米復(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)了超聲振動條件下三點(diǎn)彎曲疲勞斷裂試驗(yàn)裝置，并對裝置進(jìn)行振動特性測試試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)效果良好，符合試驗(yàn)要求。同時提出了對超聲振動條件下的試驗(yàn)過程進(jìn)行在線觀測的思路，并初步建立起在線觀測平臺。
　　然后，利用振動微分方程對疲勞斷裂

3、試樣進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，并通過ANSYS進(jìn)行受力分析。通過分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)較為合理，并在理論上確定了對試驗(yàn)過程進(jìn)行在線觀測的觀測點(diǎn)。通過對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，并對加工后的試樣進(jìn)行人工拋光。通過對加工后的試樣表面進(jìn)行檢測分析，得到表面質(zhì)量較好，基本滿足疲勞斷裂的試樣要求。
　　最后，通過超聲振動條件下三點(diǎn)彎曲疲勞斷裂試驗(yàn)，對比超聲振動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：
　　（1）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％時達(dá)到最大值，隨后隨著ZrO2含量的增加反而有所下降；
　?。?）通過斷口微觀形貌分析，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；
　?。?）通過試驗(yàn)前后的

5、物相分析，發(fā)現(xiàn)在疲勞斷裂過程中存在相變增韌現(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；
　　（4）通過在線觀測發(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