陶瓷基復合材料界面強度與磨削過程材料去除機理研究.pdf

1、與傳統(tǒng)結構陶瓷相比纖維增韌陶瓷基復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合材料的主導加工方法，目前國內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制尚不明晰，導致磨削效率低下、加工損傷不易控制等問題亟待解決，嚴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合材料為研究對象，研究增韌纖維/陶瓷界面細觀力學行為與界面失效機制，建立纖維增韌陶瓷基復合材料本構模型，通過單顆?？虅潓嶒炁c磨削實驗研究在磨粒干預條件下連續(xù)纖維對復合材料微觀裂紋萌生、擴展及材料去除的作用機制，揭示纖維增韌陶瓷基復合材料磨削過程材料去除與新表面創(chuàng)成機理，優(yōu)化磨削工藝與工藝參數，提高磨削效率、降低加工損傷。
　　論文理論分析了陶瓷基復合材料制備過程中纖維/基體界面的物理、化學作用，研

3、究了纖維/基體界面本構關系以及界面在載荷作用下的失效機制，同時建立了“纖維—界面—基體”的單胞物理分析模型。此外，通過陶瓷基復合材料單胞理論模型的分析，設計并制備了單向C/SiC模型復合材料并以此研究陶瓷基復合材料的磨削加工機理。上述工作為編織陶瓷基復合材料力學性能的研究提供了理論基礎。
　　在陶瓷基復合材料的界面力學性能測試方面，利用微/納米力學測試技術，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復合材料界面力學的兩個重要參數:界面脫粘剪切應力(35±5MPa)和界面摩擦剪切應力(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。上述工作為復合材料界面力學分析及磨削機理的研究提供了重要的實驗依據。
　　在陶瓷基復合材料的微/納米加工方面，利用微/納米力學測試技術，采用納米劃入儀，對自行設計的模型復合材料進行刻劃試驗。通過試驗揭示了單顆磨粒作用下的界面失效機制及微觀材料去除機理。該研究為陶瓷基復合材料磨削

5、機理及復合材料細觀力學研究提供了理論基礎。
　　在陶瓷基復合材料磨削機理方面，利用金剛石砂輪，對模型復合材料進行磨削試驗。試驗揭示了纖維方向、磨削參數（磨削深度、進給速度、砂輪轉速）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理。該機理的探明對陶瓷基復合材料優(yōu)化磨削工藝與工藝參數，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價