机械工程学报

作者：戴剑博, 苏宏华, 王忠宾, 丁文锋, 傅玉灿, 陈佳佳

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221008;2. 中国矿业大学矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心 徐州 221008;3. 南京航空航天大学机电学院 南京 210016;4. 南京林业大学机械电子工程学院 南京 210037

关键词：碳化硅陶瓷,亚表面裂纹损伤,显微结构,晶界裂纹系统；

基金：江苏省基础研究计划（自然科学基金）（BK20210495）、中国博士后科学基金（2020M681761）和江苏高校优势学科建设工程（苏政办发[2018]87号）资助项目。

当前碳化硅陶瓷类硬脆材料磨削损伤形成机理研究主要是基于经典压痕断裂力学基础理论，然而对于具有复杂显微结构的陶瓷材料，磨削亚表面裂纹损伤形式和萌生扩展机理未必遵循经典压痕断裂力学理论。有鉴于此，重点从陶瓷材料显微结构层面开展碳化硅陶瓷磨削损伤形成机理研究，采用单颗金刚石磨粒轴向进给磨削试验方法，借助聚焦离子束、透射电镜等设备，分析碳化硅陶瓷磨削损伤特点，发现穿晶裂纹具有显著择优取向性，晶界对裂纹萌生具有显著诱导作用、对裂纹扩展具有显著阻碍作用；提出了SiC陶瓷磨削亚表面晶界裂纹系统，揭示了位错在晶界处塞积是晶界裂纹系统产生的机理；随磨削进行，SiC陶瓷磨削亚表面晶界裂纹系统分别经历位错激发、位错运动至晶界处堆积、晶界处微裂纹萌生、晶界处微裂纹扩展汇合形成宏观沿晶裂纹和穿晶裂纹、裂纹扩展至磨削表面形成破碎凹坑五个跨尺度演化过程；基于位错塞积理论建立了晶界裂纹系统一般性的断裂力学模型，解析裂纹萌生与扩展临界条件；建立了晶粒尺度单颗金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型，验证了SiC陶瓷磨削亚表面晶界裂纹系统模型的准确性。

来源：2022年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

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