2.5D SiO2/SiO2陶瓷基复合材料的磨削力与表面评价技术研究

摘要

随着航空航天技术的快速发展，纤维增强陶瓷基复合材料由于其优异的耐腐蚀性、耐高温性和力学特性愈来愈显示出巨大的应用潜力。但由于此种材料的非均质和各向异性，给材料二次加工的质量控制和机理研究带来困难，造成复合材料后加工问题日益凸显，因此需要更多更深入的研究。本文以2.5维编织石英纤维增强二氧化硅基（2.5D SiO2/SiO2）陶瓷基复合材料为主要研究对象，对此种复合材料的磨削加工关键技术包括磨削力、磨削机理和表面质量评价技术进行了研究。通过理论分析与实验观察相结合的方法，发现不同于单一均质脆性材料，纤维增强陶瓷基复合材料损伤裂纹扩展、磨削力模型和表面质量测量与评价，存在与纤维方向角有密切相关特性。
　　基于纤维方向角建立编织纤维增强陶瓷基复合材料的磨削力模型填补了研究空白。根据纤维增强复合材料纤维与基体的界面类型和纤维方向角对材料内部裂纹扩展的影响分析，基于陶瓷材料压痕断裂力学模型，推导并建立石英纤维编织陶瓷基复合材料的磨削力数学模型，并通过了实验验证；同时研究了磨削加工过程中磨削力随磨削参数的变化关系，搭建声发射测试平台研究探讨了磨削损伤机理。
　　表面质量的测量与评价是加工与零件性能之间的桥梁，准确评价复合材料的表面质量可提高研究结果的可信度。以2.5D SiO2/SiO2复合材料为研究对象，根据其编织结构的特点，通过一系列的三维表面形貌测量实验与表面性能参数稳定性分析，建立了一套适合复合材料的三维微观形貌测量评价方法，并探讨了不同于单一均质材料的微观表面形貌评价标准。
　　为了研究编织陶瓷基复合材料表面特性，创造性的提出从介观波纹度层面研究复合材料的表面质量和纤维方向角的关系，以2.5维编织石英纤维增强二氧化硅基复合材料为对象，揭示了复合材料微凹槽和微凸起的表面微结构特性，扩展研究了不同切削面的表面特性和使役性能差异，并根据纤维方向与磨削方向夹角的变化建立了不同的磨削模型，分析了磨削加工过程中材料的损伤过程。
　　在复合材料的加工工业中，控制材料加工表面质量是一个异常重要又困难的问题。本文采用正交实验方法研究了磨削加工各工艺参数对复合材料表面微观结构和特性的影响，分析了材料表面形貌幅值、波纹分布和表面支撑性能与磨削参数变化的映射关系，并基于上述增强纤维方向角决定加工表面形貌的特性，通过一系列实验寻找改变材料磨削表面特征的关键条件。
　　上述研究为编织陶瓷基复合材料的高精度、高效率、高质量加工及广泛应用提供理论基础和科学依据。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的提出

1.4 论文的主要研究内容和结构

第二章 复合材料磨削力建模与声发射实验研究

2.1 磨削力模型分析

2.2 复合材料磨削力建模

2.3 复合材料磨削力的实验研究

2.4 复合材料磨削过程声发射特性研究

2.5 本章小结

第三章 复合材料表面测量与评价

3.1 表面三维微观形貌测量基础

3.2 三维表面形貌的评定方法研究

3.3 复合材料磨削表面微观形貌测量评定标准的建立

3.4本章小结

第四章 复合材料磨削表面特性研究

4.1磨削表面波纹度研究及表面特性的发现

4.2 基于纤维编织特性磨削表面质量研究

4.3 本章小结

第五章 复合材料磨削加工实验研究与优化

5.1 基于纤维方向角磨削实验方案

5.2 正交实验数据分析

5.3 磨削参数对表面质量的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢