本文選題：陶瓷基復(fù)合材料　切入點(diǎn)：界面力學(xué)　出處：《天津大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)陶瓷相比纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有更高的抗沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度,是重要的國防裝備新材料。由于纖維的增強(qiáng)作用,纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料具有類似金屬的斷裂行為,對裂紋不敏感,是典型的高硬度、強(qiáng)韌性難加工新材料。磨削加工是纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的主導(dǎo)加工方法,目前國內(nèi)外在此方面的研究還處于初期階段,作為增韌相存在的連續(xù)纖維對材料去除的作用機(jī)制尚不明晰,導(dǎo)致磨削效率低下、加工損傷不易控制等問題亟待解決,嚴(yán)重制約國防裝備能力的發(fā)展。本文以碳纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料為研究對象,研究增韌纖維/陶瓷界面細(xì)觀力學(xué)行為與界面失效機(jī)制,建立纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料本構(gòu)模型,通過單顆�？虅潓嶒炁c磨削實驗研究在磨粒干預(yù)條件下連續(xù)纖維對復(fù)合材料微觀裂紋萌生、擴(kuò)展及材料去除的作用機(jī)制,揭示纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料磨削過程材料去除與新表面創(chuàng)成機(jī)理,優(yōu)化磨削工藝與工藝參數(shù),提高磨削效率、降低加工損傷。論文理論分析了陶瓷基復(fù)合材料制備過程中纖維/基體界面的物理、化學(xué)作用,研究了纖維/基體界面本構(gòu)關(guān)系以及界面在載荷作用下的失效機(jī)制,同時建立了“纖維—界面—基體”的單胞物理分析模型。此外,通過陶瓷基復(fù)合材料單胞理論模型的分析,設(shè)計并制備了單向C/SiC模型復(fù)合材料并以此研究陶瓷基復(fù)合材料的磨削加工機(jī)理。上述工作為編織陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究提供了理論基礎(chǔ)。在陶瓷基復(fù)合材料的界面力學(xué)性能測試方面,利用微/納米力學(xué)測試技術(shù),采用納米壓痕儀,開發(fā)了單纖維壓出實驗平臺。通過單纖維壓出實驗,獲得了C/SiC復(fù)合材料界面力學(xué)的兩個重要參數(shù):界面脫粘剪切應(yīng)力(35±5 MPa)和界面摩擦剪切應(yīng)力(10±1 MPa),并揭示了纖維壓出過程中的界面破壞及裂紋傳播規(guī)律。上述工作為復(fù)合材料界面力學(xué)分析及磨削機(jī)理的研究提供了重要的實驗依據(jù)。在陶瓷基復(fù)合材料的微/納米加工方面,利用微/納米力學(xué)測試技術(shù),采用納米劃入儀,對自行設(shè)計的模型復(fù)合材料進(jìn)行刻劃試驗。通過試驗揭示了單顆磨粒作用下的界面失效機(jī)制及微觀材料去除機(jī)理。該研究為陶瓷基復(fù)合材料磨削機(jī)理及復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ)。在陶瓷基復(fù)合材料磨削機(jī)理方面,利用金剛石砂輪,對模型復(fù)合材料進(jìn)行磨削試驗。試驗揭示了纖維方向、磨削參數(shù)(磨削深度、進(jìn)給速度、砂輪轉(zhuǎn)速)對磨削過程中磨削力、表面粗糙度、表面微觀特征的影響規(guī)律,探明了C/SiC的磨削加工材料去除機(jī)理。該機(jī)理的探明對陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)化磨削工藝與工藝參數(shù),提高磨削效率、降低加工損傷具有重要意義。本文的研究成果不僅對完善磨削加工理論具有重要的科學(xué)價值,更對提升陶瓷基復(fù)合材料的加工性能,擴(kuò)大陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍,增強(qiáng)國防裝備能力具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。
[Abstract]:In this paper , the mechanism of fiber reinforced ceramic matrix composites is studied by means of micro/ nano - mechanical testing technique . It is important to improve the grinding efficiency and reduce the processing damage . The research results not only have important scientific value for improving the grinding process theory , but also improve the processing property of the ceramic matrix composite material , enlarge the application range of the ceramic matrix composite material , and enhance the national defense equipment ability .

【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1706408