工程陶瓷磨削表面／亚表面损伤的产生及其控制

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1、·机械制造与研究·孔令志，等·工程陶瓷磨削表面／亚表面损伤的产生及其控制工程陶瓷磨削表面／亚表面损伤的产生及其控制孔令志。赵波(河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作453003)摘要：总结讨论了国内外在陶瓷磨削表面／亚表面损伤方面所作的研究及其所取得的成果；讨论了表面／亚表面裂纹和残余应力产生的原因及扩展机理；探讨了控制陶瓷磨削表面／亚表面损伤的途径；指出了当前研究所存在的问题及今后需要努力地方向。关键词：工程陶瓷磨削；表面／亚表面损伤；表面／亚表面裂纹；残余应力中图分类号：THI6；TG58文献标志码：B文章编号：1671

2、—5276(2010)01-0063-04Surface／subsurfaceDamageandControlofAdvancedCeramicsGrindingKONGLing—zhi，ZHA0Be(DepartmentofMechanicalEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo453003，China)Abstract：ThisarticlemainlygivesareviewaboutSurface／subsurfacedamageinadvancedceramics

3、grindinganditscontrolmeth—od，discussesthegeneratingcauseandpropagatingmechanismofsurface／subsurfacecrackandresidualstressandpointsouttheexistingproblemandstrivingdirection．Keywords：advancedceramicgrinding；surface／subsurfacedamage；surface／subsurfacecrack；residualstres

4、s较大的影响，比如能显著降低陶瓷工件的断裂强度、疲劳0前言强度等。因此预测和控制陶瓷材料在磨削过程中引入磨削损伤已成为陶瓷材料推广应用中亟待解决的难题之一。随着尖端科学技术的不断发展，以工程陶瓷、功能陶瓷若要准确预测和有效控制磨削过程对陶瓷材料造成的表及其纤维、薄膜、非晶态、单晶、特种涂料为主要内容的高技术面／亚表面损伤，必须首先了解陶瓷磨削的材料去除机理先进陶瓷，由于它们所具有金属和塑料所没有的高耐热性、及其与表面／亚表面损伤之间的关系。高强度、高韧性、耐腐蚀等特性以及在电磁、光学、热学、生物1．1工程陶瓷磨削过程中材料的去除

5、机理化学等方面所具有的优良功能，目前已从通信、计算机、能源、航空航天等特殊领域深入到汽车、机械、化工、医疗卫生、体育材料去除机理一般包括两种，即：脆性断裂和塑性成等领域。这些陶瓷元器件的应用需要高表面完整性和尺形。通常情况下，脆陛去除方式是通过裂纹的成形、延展、寸精度，而且其对加工表面层特性的要求近乎苛刻。陶瓷元剥落及碎裂等方式完成的。而塑性变形去除方式则类似于器件的高加工成本以及难以控测的加工表面损伤层，极大地金属磨削中的切屑变形过程，其中涉及了滑擦、耕犁和切屑成限制了其广泛应用。陶瓷磨削过程中引起的表面损伤能恶形川，材料是以

6、剪切切屑成形方式去除的。陶瓷材料磨削化加工表面品质，降低其使用性能，如：疲劳强度、韧I生等。这中的材料去除方式也包括脆性去除和塑性去除。也是陶瓷材料具有如此优良特性而不能推广使用的重要原陶瓷材料磨削过程中材料的脆性去除方式主要有以下因。大量研究发现陶瓷材料经过磨削后主要的损伤形式包几种J：晶粒去除、材料剥落、脆性断裂、晶界微破碎等。在括：表面／亚表面微裂纹、粉碎层、模糊表面、相变区域、材料粉晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒从工件表面上脱落方末化、残余应力等J。式被去除的，这种材料去除机理发生的同时伴有材料的剥落去除方式，而剥落去

7、除方式是陶瓷材料磨削中十分重要1表面损伤／亚表面损伤的去除机理。在材料剥落去除机理中，材料是因磨削过程中所产生的横向和径向裂纹的扩展而形成局部剥落块来去陶瓷的高硬度和高脆性使得其加工比一般材料要困除的』。材料剥落去除会因裂纹的扩展使工件的机械强度难得多，磨削作为最高效的加工手段被广泛应用在陶瓷材大大降低。除了横向和径向裂纹的扩展断裂方式外，材料料的加工中。但是陶瓷材料在磨削的过程中大多会产生脆性去除还和破碎(碎裂)有关，磨粒前端和其下面的材料表面／亚表面损伤。国内外学者研究表明表面／亚表面损破碎是表面圆周应力和剪切应力分布引起的

8、各种形式破坏伤主要有：表面／亚表面裂纹、残余应力、表面微破碎、模糊的结果。有一种模型假设断裂产生的破碎(碎裂)是由弹表面、相变区域等。性张力超过临界值以前存在的分散的裂纹引起的，还有一表面／亚表面损伤的产生会对工件的使用性能会产生些模型则认为破碎是由运动压头下连