基于超聲振動的納米復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展，總結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相陶瓷斷裂特性的必然性，這對于揭示納米復相陶瓷材料在超聲加工下的高效去除機理，進一步完善納米復相陶瓷材料高效加工技術具有重要的意義。
　　首先利用非局部理論分析了超聲振動條件下納米復相陶瓷材料的斷裂機理，建立了超聲條件下的非局部本構模型，并對模型中的非局部應力、非局部

2、模量進行了研究，得到結論：非局部模量隨著超聲頻率的升高而明顯降低；非局部應力隨著超聲頻率的增大而減小；應力衰減幅度隨超聲頻率的增大而增大。
　　其次，根據超聲加工條件下納米復相陶瓷斷裂特性研究的具體需要，設計了超聲振動條件下三點彎曲疲勞斷裂試驗裝置，并對裝置進行振動特性測試試驗，發(fā)現(xiàn)效果良好，符合試驗要求。同時提出了對超聲振動條件下的試驗過程進行在線觀測的思路，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、試樣進行理論設計，并通過ANSYS進行受力分析。通過分析發(fā)現(xiàn)設計較為合理，并在理論上確定了對試驗過程進行在線觀測的觀測點。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行人工拋光。通過對加工后的試樣表面進行檢測分析，得到表面質量較好，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彎曲疲勞斷裂試驗，對比超聲振動載荷和普通載荷條件下的試驗結果，得到了如下結論：
　　（1）疲勞壽

4、命和抗彎強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，疲勞壽命和抗彎強度增加，在含量為25％時達到最大值，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)納米復相陶瓷在斷裂之前具有一定的彈性變形，經測量最大變形處達到8.89mm；超聲頻率較高條件下的疲勞裂紋起始點基本在受力正下方的最大受拉面，裂紋的最大偏轉角較小，而在超聲頻率較低下的疲勞斷裂點則發(fā)生偏移，且裂紋的最大偏轉角達到了