振幅对超声辅助磨削C/SiC复合材料表面形貌的影响

目的 通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式,通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量,从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法 采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工,通过改变超声振幅,观察C/SiC复合材料在不同切削角度下的纤维去除机理、纤维断裂形式,测量不同切削角度下工件表面粗糙度Sa。结果 磨削过程中C/SiC复合材料的去除方式以脆性去除为主,纤维损伤形式以纤维断裂、纤维破碎为主。增大超声振幅后,纤维断裂形式增大并伴随出现基体破碎现象。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下测得的表面粗糙度Sa显著减小,降低约15%~41%。结论 由于超声振动的作用,C/SiC复合材料在不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的材料去除方式发生改变,相比于常规磨削的纤维断裂形式,施加超声振动后,磨削过程中产生的纤维折断和基体破碎被去除,在提高材料去除率的同时,表面质量明显提高。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的表面粗糙度Sa都减小,且减小程度也不同,减小程度由大到小的顺序为45°>135°>90° >0°。     

C_f/SiC复合材料磨削表面的残余应力分析

应用X射线衍射法对C/SiC复合材料的磨削残余应力进行研究.结合抛光和热处理工艺,应用主应力之和的变化量确定磨削残余应力的分布.结果表明:SIC(422)晶面族比其它相和晶面更适用于复合材料残余应力的研究;熟塑性引入的残余拉应力作用于数微米的较浅表层深度内,但对磨削表面的残余应力起决定作用;冷塑性残余应力对应的作用深度较大;热塑性和冷塑性残余应力均可通过热处理方式得以消除.     

超声辅助磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料

针对碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、刀具磨损严重等问题,开展金刚石砂轮端面超声辅助磨削SiC_f/SiC复合材料试验,对比研究超声辅助磨削和普通磨削SiC_f/SiC过程中的磨削力、表面形貌及表面粗糙度,并分析其材料去除机理。结果表明:超声辅助磨削可有效降低磨削力;超声作用能促使SiC纤维断裂,形成较短纤维而被去除,减少了纤维的折断和剥落,提高了其表面加工质量;在纵向振动端面磨削条件下,超声振幅在一定范围内有助于改善其表面加工质量,振幅过大则会导致表面冲击作用过强而使其表面质量降低。      

SiC陶瓷非球面磨削工艺实验研究

为了研究磨削工艺参数对SiC材料磨削质量的影响规律,利用DMG铣磨加工中心做了SiC陶瓷平面磨削工艺实验,分析研究了包括主轴转速、磨削深度、进给速度在内的磨削工艺参数对工件表面粗糙度的影响。结果表明:工件表面粗糙度随着主轴转速的增加而减小,随着磨削深度和进给速度的增加而增加。在粗糙度工艺试验的基础上,以表面粗糙度最小为目标优选一组磨削工艺参数,进行了小口径SiC陶瓷非球面磨削实验,获得了较低的表面粗糙度值(0.5150μm)和较小的面形精度误差(4.668μm)。     

旋转磨削硅片加工应力与亚表面损伤的研究

采用一种获得硅片局部位置应力状态的方法,通过测量硅片在局部位置的面形数据,结合反演计算获得该位置的平面主应力及其方向。对金刚石砂轮磨削（100）硅片的分析结果表明:不同位置的应力状态并不完全与以往的研究中通常采用的Stoney公式所计算出的平均应力相符,而是与其在整个硅片上所处的位置有关。采用角度抛光法检测亚表面损伤深度的结果表明:各种条件下损伤层深度均在0.4 μm左右,加工应力与亚表面损伤深度没有明确的对应关系。      

C/SiC复合材料表面状态对其与Nb钎焊的影响

采用等原子比Ti-Ni复合箔对C/SiC复合材料与Nb进行了真空反应钎焊,研究了焊前C/SiC表面状态对接头界面组织和力学性能的影响.结果表明,线切割态的C/SiC与Nb的接头界面(Ti,Nb)C反应层呈现锯齿状,而抛光和砂纸打磨状态的C/SiC接头界面处的反应层平直.锯齿状的界面反应层降低了界面处的应力集中程度,有助于提高接头的力学性能,使得线切割态的C/SiC与Nb的接头强度明显高于抛光和打磨状态的接头,达到188MPa.线切割态的C/SiC与Nb的接头断裂同时发生在C/SiC母材、界面和钎缝中,而抛光和打磨状态的C/SiC与Nb的接头断裂主要发生在界面处.     

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件,对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明:与普通磨削相比,超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加,工件表面形貌更均匀,表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削,因而降低了其磨削力,使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低,随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时,超声振动磨削的效果更明显。      

SiC陶瓷磨削机理与表面质量研究

为了研究SiC陶瓷在磨削过程中的去除机理和表面质量,设计了SiC陶瓷的平面磨削试验.采用电镀金刚石砂轮完成单因素和正交试验,通过对试验结果进行极差分析,考察了不同磨削参数对表面质量的影响规律,并进一步分析了材料的去除机理.实验结果表明,随着磨削深度ap和进给速度vw的增大,表面粗糙度呈现增大的趋势,材料表面平整度下降,...     

高体积分数SiCp/Al复合材料平面磨削实验研究

本文使用SiC砂轮和金刚石砂轮对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行了平面磨削实验,研究了磨削深度和工件进给速度对磨削力的影响,并利用扫描电镜对已加工表面形貌进行了研究.结果表明:使用SiC砂轮加工时,磨削力随磨削深度的增加而增大;工件进给速度较低时,磨削力随工件进给速度增加而减小,当工件进给速度超过12...     

高平整度和低损伤碳化硅晶片的纳米磨削技术(英文)

采用细粒度砂轮的纳米磨削来实现碳化硅晶片高平整度和低损伤加工新方法。磨削试验表明采用纳米磨削50.8mm碳化硅晶片时其平整度在1.0μm以内,表面粗糙度可达0.42nm。纳米磨削比双面研磨和机械抛光更能高效地对碳化硅晶片做更高平整度、更低损伤加工,可以取代双面研磨和机械抛光,并减小化学机械抛光去除量。研究结果对高效低成本制备高质量碳化硅晶片有参考价值。     

SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的抗氧化和耐烧蚀性能研究

碳/碳化硅复合材料(C/SiC)在使用时经常受到高温氧化和烧蚀作用。本文采用化学气相沉积(CVD)和浆料刷涂-烧结法制备了双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层,对比研究了无涂层,单层SiC涂层和双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料在1500℃下的氧化和在4.2 MW/m2热流密度下的烧蚀性能。结果表明,制备态ZrB2-SiC-B4C涂层致密、完整,表面平均粗糙度约为1 μm,孔隙率约为4.2 %。在1500℃氧化30 h后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料的质量损失率约为10%,涂层表面氧化膜致密,无明显裂纹。高温烧蚀20 s后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.0±0.3 μm/s和1.1±0.2 mg/s,与单层SiC涂层相比分别降低了75.0 %和50.0 %,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层烧蚀后形成的ZrO2-SiO2氧化膜可以减缓火焰对复合材料的机械剥蚀作用。     

熔硅浸渗工艺快速制备C/SiC复合材料的非等温氧化行为

以针刺整体毡为预制体,采用化学气相沉积（CVD）增密制备C/C多孔体,用熔硅浸渗（MSI）工艺快速制备C/SiC复合材料,通过非等温热重分析研究材料低温下的氧化反应动力学和反应机理。结果表明：C/SiC材料的非等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为l：g（A/min^-1）=8.752,Ea=169.167 kJ/mol。MSI工艺中,纤维因硅化损伤产生的活性碳原子易先发生氧化,使C/SiC材料起始氧化温度仅为524℃,比C/C材料约低100℃,且氧化产生大量的裂纹和界面,使材料在氧化初期即具有大的氧化反应速率,C/C材料则出现氧化反应速率滞后现象。     

Experimental studies on drilling tool load and machining quality of C/SiC composites in rotary ultrasonic machining

Carbon fiber reinforced silicon carbide matrix (C/SiC) composites have great potential in space applications because of their excellent properties such as low density, superior wear resistance and high temperature resistance. However, the use of C/SiC has been hindered seriously because of its poor machining characteristics. With an objective to improve the machining process of C/SiC composites, rotary ultrasonic machining (RUM) and conventional drilling (CD) tests with a diamond core drill were conducted. The effects of ultrasonic vibration on mechanical load and machining quality were studied by comparing the drilling force, torque, quality of holes exit and surface roughness of drilled holes between the two processes. The results showed that the drilling force and torque for RUM were reduced by 23% and 47.6%, respectively of those for CD. In addition, the reduction in drilling force and torque decreased gradually with increasing spindle speed, while they changed slightly with increasing feed rate. Under identical conditions, RUM gave better holes exit than CD. Moreover, because of the lower lamellar brittle fracture and pit originating from carbon fibers fracture, the roughness of surface of drilled holes obtained with RUM was lower than CD and the maximum reduction was 23%.     

SiC涂层对C/C复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备抗氧化SiC涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究涂层的结构;通过氧乙炔焰烧蚀试验考察SiC涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能影响。结果表明:SiC涂层可明显提高C/C复合材料的高温短时耐烧蚀性能,经过20 s的高温氧乙炔焰烧蚀后,C/C复合材料试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为13μm/s和6.6 mg/s,SiC涂层试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为22μm/s和0.5 mg/s;在烧蚀中心区,涂层试样的烧蚀以升华分解为主,同时还伴有氧化烧蚀和微区机械剥蚀;在烧蚀过渡区,涂层的烧蚀机制以热氧化和燃气冲刷为主;而在烧蚀边缘区,涂层的烧蚀则主要表现为弱氧化烧蚀。     

Microstructure and mechanical properties of 3D fine-woven punctured C/C composites with PyC/SiC/TaC interphases

The 3D fine-woven punctured C/C-(P_yC/SiC/TaC) composites, composed of P_yC/SiC/TaC interphases and pyrocarbon (PyC) matrix, were synthesized by isothermal chemical vapor infiltration (ICVI) methods. The alternating layers and the structure of these composites were examined by polarized light microscopy (PLM), X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It is found that the P_yC matrix has rough laminar (RL) structure, the TaC layer has NaCl-type cubic structure, and the SiC layer has few wurtzite type 10H-SiC besides β-SiC structure. The effects of fiber coating and the bulk density on the tensile and flexural properties of composites along X or Y and Z direction were investigated. It is shown that fiber coated 3D woven punctured C/C composites have good tensile and flexural strength, and the maximum of flexural strength is 375 MPa in X or Y direction at density of 1.89 g/cm³, which is about three times higher than that of samples without TaC/SiC fiber coating. The flexural strength and bending strength increase with increasing the density of the composites. The analysis of fracture surfaces reveals that fibers and fiber bundles are pulled out in composites, indicating that the composite exhibits a non-linear failure behavior through propagation and deflection of the cracks.