摘要
采用超声辅助磨削对MI工艺制备的SiCf/SiC复合材料表面进行磨削加工，研究了进给速度对复合材料性能的影响。结果表明：采用超声辅助磨削加工SiCf/SiC复合材料表面时，加工区域出现纤维脱粘、断裂、破碎及基体裂纹和脱落现象，且纤维与基体界面会有裂纹产生。当进给速度提高时，复合材料表面损伤加重，导致其比例极限强度和最大载荷降低。进给速度由400 mm/min提高至1 000 mm/min时，SiCf/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别降低4.7%和20.6%。
SiCf/SiC复合材料是以SiC连续纤维为增强体，SiC陶瓷为基体的复合材料。这种材料具有耐磨、耐高温、抗蠕变、耐腐蚀、抗烧伤等优
SiCf/SiC陶瓷基复合材料典型构件的制备过程中，需要通过机械加工实现典型构件的最终结构。但由于SiCf/SiC复合材料具有典型的各向异性特征，基体材料具有典型的脆性特征。且连续增强体纤维与基体相之间的界面相也易损伤。因此机械加工会对SiCf/SiC陶瓷基复合材料造成明显损伤，使复合材料中出现纤维脱落、基体破碎等现象，从而降低复合材料的性能，进而影响SiCf/SiC陶瓷基复合材料典型构件的使用寿
目前关于SiCf/SiC陶瓷基复合材料加工具有较多报道。更多关注的不同加工方式对SiCf/SiC陶瓷基复合材料微观形貌等的影
本文采用超声辅助磨削加工SiCf/SiC陶瓷基复合材，通过对不同进给速度加工后复合材料的性能、表面形貌等测试，研究进给速度对复合材料的性能影响，为SiCf/SiC陶瓷基复合材料类零件的高效低损伤加工提供研究基础。
该材料选用国产的连续SiC纤维为增强体，采用料浆浸渍法制备SiC纤维预浸料。将SiC纤维预浸料正交铺层制备SiC纤维预制体。最后采用熔渗工艺（Melt infiltration， MI）工艺制备试验用SiCf/SiC陶瓷基复合材料，具体熔渗工艺制备过程参见文献［
图2 SiCf/SiC复合材料的拉伸和弯曲强度
Fig.2 Flexural and tensile strength of SiCf/SiC composite
图3 载荷位移曲线
Fig.3 Load-displacement curve
图4 SiCf/SiC复合材料加工表面形貌
Fig.4 Machined surfaced of SiCf/SiC composite
注： Sample-A 的低倍（a）和高倍（b）照片； Sample-B的低倍（c）和高倍（d）照片。
图5 加工表面的三维形貌图
Fig.5 3D surface morphology of machined surfaced
注： （a）Sample-A； （b）Sample-B。
图6 加工表面的微观形貌
Fig.6 SEM images of machined surfaced
注： （a）、（b）是Sample-A；（c）、（d）是Sample-B。
在超声辅助磨削加工过程中，材料的去除机理分为两个不同阶段。一个是韧性区去除，另一个阶段是脆性区去除。当磨削加工的实际深度由0逐渐增大并超过临界加工深度时，加工过程由韧性区去除阶段转变为脆性区去除阶段。对于MI工艺制备的SiCf/SiC复合材料，其磨削加工时的临界加工深度值与材料本身的物理特性相关，与超声辅助加工参数无关，而实际加工深度与磨削力F正相
图7 超声磨削加工示意图
Fig. 7 Schematic of ultrasonic machining-drilling
图8 加工区表面缺陷
Fig.8 Machining defects on machined surface
磨削力与进给速度存在正相
MI工艺制备的SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有典型的硬脆特性，因此对加工表面的微裂纹较为敏感。采用磨削加工在试样表面形成微小裂纹后，在复合材料试样受载时，裂纹源开始扩展，导致复合材料强度下
采用超声辅助机械加工的方法对SiCf/SiC复合材料表面进行磨削加工，进给速度较高时，金刚石磨头对SiC纤维和基体的磨削力增大。大磨削力的加工过程将导致实际磨削加工深度大于SiCf/SiC复合材料的临界加工深度，材料去除机理由韧性区去除转变为脆性区去除。此时纤维与基体的界面及SiC基体中出现裂纹，复合材料表面部分区域出现纤维脱黏、断裂、破碎及脱落等现象，加工区形成严重的损伤。本文中，当进给速度由400 mm/min提高至1 000 mm/min时，SiCf/SiC复合材料表面加工损伤加重，复合材料的拉伸强度和弯曲强度别下降了4.7%和20.6%。因此，在加工过程中，应根据MI-SiCf/SiC复合材料特性，选择适合的进给速度等加工参数，使磨削力F小于纤维与基体的结合强度，从而降低加工损伤，提高复合材料产品的综合性能。
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