【摘 要】
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SiCf/SiC陶瓷基复合材料是一种典型的硬脆材料,其具有诸多优良的力学性能,如耐高温、耐腐蚀等。从而被广泛应用于极端工况中,如核反应堆、飞机发动机燃烧室等。由于其具有高硬度以及高脆性的特点,容易在加工过程中产生崩碎和裂纹。然而,目前对于SiCf/SiC陶瓷基复合材料的变形损伤机理研究还十分缺乏。因此,为了提高SiCf/SiC陶瓷基复合材料的加工效率及生产应用,研究SiCf/SiC陶瓷基复合材料的
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SiCf/SiC陶瓷基复合材料是一种典型的硬脆材料,其具有诸多优良的力学性能,如耐高温、耐腐蚀等。从而被广泛应用于极端工况中,如核反应堆、飞机发动机燃烧室等。由于其具有高硬度以及高脆性的特点,容易在加工过程中产生崩碎和裂纹。然而,目前对于SiCf/SiC陶瓷基复合材料的变形损伤机理研究还十分缺乏。因此,为了提高SiCf/SiC陶瓷基复合材料的加工效率及生产应用,研究SiCf/SiC陶瓷基复合材料的变形损伤机理,具有十分重要的意义。划痕测试技术是目前用来研究材料力学性能和损伤机制的一种测试方法,该方法具有测试简单、方便操作等优点。因此本文利用有限元仿真模拟SiCf/SiC陶瓷基复合材料在划痕测试过程中的受力特点,结合划痕测试形貌来分析SiCf/SiC陶瓷基复合材料的去除机理。采用有限元分析软件ABAQUS建立了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的仿真模型,利用Cohesive粘结单元,采用最大主应力准则模拟SiCf/SiC陶瓷基复合材料的界面性能。将普通碳化硅和SiCf/SiC陶瓷基复合材料的仿真结果进行了一个对比,并研究了不同划痕速度、划痕深度等参数对划痕结果的影响。结果表明,虽然划痕速度以及划痕深度的增加都会导致两种材料受力增大,但是SiCf/SiC硅陶瓷基复合材料的受力要比普通碳化硅小。可见,碳化硅纤维的加入可以明显改善碳化硅基体加工受力状态。然后研究了纤维方向对划痕仿真的影响。综合以上研究得出,在SiCf/SiC陶瓷基复合材料的磨削加工中,磨削线速度和磨削深度不宜过大;并且认为砂轮磨削线速度方向与纤维方向垂直能明显改善加工受力状态。开展了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的划痕测试,在线性渐进加载和恒定载荷加载两种加载方式下,采用直径为100微米的圆锥压头分别沿纤维横向和纵向开展划痕测试并对仿真的理论研究进行验证。结果表明,不论是渐进加载还是恒定加载,上述仿真研究的机理分析结果都是适用的。此外通过对声发射信号的观察,得出磨削力在8到27N左右内,可以使材料处于较平稳的加工受力状态。
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