切向载荷作用下氮化硅陶瓷崩碎损伤规律与机理

针对工程陶瓷的崩碎损伤,应用单颗粒划痕实验系统研究了切向载荷作用下Si3N4陶瓷的崩碎损伤特征和机理。比较了损伤位置、切入深度、切向速度和金刚石磨粒磨损等因素对陶瓷崩碎损伤的影响,应用3D激光测量显微镜观测了崩碎损伤表面的三维形貌,应用扫描电镜分析了崩碎损伤机理。结果表明:出口崩碎损伤是陶瓷崩碎损伤的主要形式;切入深度越大,切向速度越小,金刚石颗粒磨损越多,崩碎损伤就越严重。出口崩碎损伤的中心剖面线具有显著的阶梯形分形特征,其扩展演化规律可由逾渗理论和裂纹扩展的最小阻力原理解释。在切向载荷作用下,入口崩碎损伤在金刚石磨粒的碰撞下主要以穿晶断裂为主;内部崩碎损伤在金刚石磨粒的挤压和切割下主要以破碎和铲除的形式发生断裂;而出口崩碎损伤主要以沿晶断裂为主。

氮化硅陶瓷崩碎损伤的三维时空演化特征

建立了氮化硅陶瓷的准静态单晶压痕崩碎损伤实验系统,应用声发射三维定位系统实时监测其损伤演化过程,应用三维显微系统观测陶瓷崩口损伤表面形貌,并分析了崩碎损伤过程的临界行为。结果表明:声发射事件的三维实时定位直观反映了陶瓷崩碎损伤过程中材料内部微裂纹的萌生、扩展、成核和贯通的损伤演化过程,其定位结果与陶瓷崩口三维几何形貌具有较好的一致性。陶瓷崩碎曲面主要沿着二次多项式的轨迹向陶瓷表面扩展。陶瓷崩碎损伤具有明显的临界行为,声发射计数率和释能率的变化都符合幂律奇异性规律。

硬脆材料磨削加工崩碎损伤控制措施研究进展

硬脆材料在磨削加工中极易产生崩碎损伤,难以测控的崩碎损伤和高昂的加工成本制约了硬脆材料在众多领域的应用。本文综述了硬脆材料磨削加工崩碎损伤控制措施的发展与应用现状,总结了磨削参数控制法、辅助加热控制法、辅助支撑控制法与表层实时增韧法四种损伤控制措施,并分析了各措施的优缺点,展望了硬脆材料崩碎损伤控制措施的发展趋势。

预施载荷抑制下氮化硅陶瓷崩碎损伤规律与机理

针对硬脆材料的崩碎损伤问题,以氮化硅陶瓷为研究对象,建立了预施载荷抑制下的单晶压痕崩碎损伤实验系统,分析了不同预施载荷作用下的氮化硅陶瓷崩碎损伤的声发射信号特征,探究了预施载荷抑制硬脆材料的崩碎损伤规律与机理。结果表明:在预施载荷作用下,氮化硅陶瓷产生崩碎损伤的临界载荷和断裂时间明显提升,声发射计数和能量显著增加,通过预施载荷可有效抑制硬脆材料的崩碎损伤。

SiC陶瓷表面增韧用环氧树脂基增韧剂的制备与性能研究

碳化硅陶瓷在磨削加工中极易产生崩碎损伤,在碳化硅陶瓷磨削层实时涂覆增韧剂是降低崩碎损伤的新方法。以E51双酚A型环氧树脂、无水乙醇、651型低相对分子质量聚酰胺树脂和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)为主要成分制备了一种增韧剂,通过测量增韧剂在碳化硅陶瓷表层的接触角、浸润深度与固化时间,探究了增韧剂各组分的添加量与碳化硅陶瓷表面粗糙度对增韧剂润湿性能与固化速率的影响规律,优化出一种润湿性能好、固化速率快的增韧剂。结果表明:增韧剂的最佳质量配比为m(E51双酚A型环氧树脂)∶m(无水乙醇)∶m(651型低相对分子质量聚酰胺树脂)∶m(DBU)=1∶0.9∶0.5∶0.02,该增韧剂在碳化硅陶瓷表层的浸润时间约为160 s,浸润深度约为40μm,可使碳化硅陶瓷的表层硬度降低约25%;增韧剂的润湿性能随着溶剂的增加或碳化硅表面粗糙度的增大而提高,促进剂添加量的改变对增韧剂的润湿性能几乎无影响;增韧剂的固化速率随溶剂的增加而降低,随促进剂的增加而提高,但当促进剂达到饱和时,固化速率不再提高。