【摘 要】
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SiCf/SiC是通过在SiC陶瓷内部加入编织结构的SiC纤维形成的复合材料。与传统SiC陶瓷相比SiCf/SiC除了保持有SiC高温稳定性和耐磨损性能外,还具有更高的抗冲击韧性、抗弯强度和抗氧化能力,广泛应用于航空发动机、核反应堆等尖端装备的高温部件。SiCf/SiC的高硬度、强韧性同时也导致制造过程困难,加工成本高。所以由于其优良的特性和结构的各向异性,进一步增加了其高效率、低损坏的加工的难度
【基金项目】
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国家自然基金项目“纤维增韧陶瓷基复合材料磨削机理及其高效、低损伤磨削参数优化方法研究”（51905498）；
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SiCf/SiC是通过在SiC陶瓷内部加入编织结构的SiC纤维形成的复合材料。与传统SiC陶瓷相比SiCf/SiC除了保持有SiC高温稳定性和耐磨损性能外,还具有更高的抗冲击韧性、抗弯强度和抗氧化能力,广泛应用于航空发动机、核反应堆等尖端装备的高温部件。SiCf/SiC的高硬度、强韧性同时也导致制造过程困难,加工成本高。所以由于其优良的特性和结构的各向异性,进一步增加了其高效率、低损坏的加工的难度。本文以SiCf/SiC陶瓷基复合材料的高效率磨削加工,并减小表面损伤为目标,综合砂轮结构、磨粒磨损、磨削工艺及应力应变场等要素相互作用的成型成性制造过程,通过试验研究SiCf/SiC的磨削机理和损伤机制,主要工作内容如下:（1）利用现有的卧式精密气浮磨床,根据2.5DSiCf/SiC的磨削实验研究的需求,设计适当的夹具并进行加工,搭建SiCf/SiC旋磨实验平台,实现磨削力的实时测量和SiCf/SiC的多纤维方向加工。（2）SiCf/SiC与SiC陶瓷一样存在高速增韧效应。本文采用单因素试验法开展SiCf/SiC复合材料磨削试验,研究磨削参数变化对轴向磨削力和切向磨削力的影响规律,结果表明材料进料速度的变化对两种磨削力的影响较大,砂轮转动速度的变化对两种磨削力影响较小。（3）本文中所使用的粗糙度测量仪是测量材料的表面线粗糙度。本文开展磨削试验研究了砂轮转速、进料速度和切削深度的变化对材料表面线粗糙度的影响规律,同样发现表面线粗糙度随切削深度和进料速度的增大而增大,随砂轮转动速度的增大而减小。（4）对磨削后的表面进行观察,讨论了横向（X轴方向）纤维、纵向（Y轴方向）纤维和法向（Z轴方向）纤维去除机理的差异,揭示了SiCf/SiC的表面损伤机制和材料去除机理。通过对材料微观形貌观察可看出,在较大进给速度和磨削深度下,表面碎屑较多,表面质量较差,而在较小进给速度和磨削深度下,纤维和基体碎屑较小,纤维表面比较光滑,表面质量较好。（5）本文采用树脂结合剂金刚石砂轮对SiCf/SiC陶瓷基复合材料磨削,在试验前后用共聚焦显微镜观察砂轮表面磨粒形貌变化。观察发现:在经过磨削试验后,磨粒尖端有磨平的迹象,有的磨粒表面有剥落痕迹。磨粒磨损后高度降低10%左右,但不影响砂轮的使用和加工工件的效果。本文研究揭示了SiCf/SiC陶瓷基复合材料磨削加工机理,阐明了SiCf/SiC的磨削去除机制,对磨削工艺参数的优化有一定的作用和价值。对加强SiCf/SiC陶瓷基复合材料的应用,提升国防能力具有重要意义和价值。
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