铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究

为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0. 2增加到0. 5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0. 2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。     

Si粉特性对反应烧结Si3N4多孔陶瓷的强韧性及介电性能的调控作用

Si₃N₄多孔陶瓷具有优异的力学性能、介电性能、热学性能和化学稳定性等，特别适用于高温、大载荷、强侵蚀环境下的宽频透波材料。反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷在性能、工艺和成本方面优势显著，原料Si粉特性显著控制着其物相、显微结构、力学和介电性能。本文以不同粒径和纯度的Si粉为原料制备注凝成形、反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷。结果表明，双粒径配料使素坯产生紧密堆积效应，其遗传并进一步演化出两级显微组织强韧化机制，双粒径配料5 & 45 μm时的弯曲强度和断裂功获得最大值109.94 MPa和990.74 J/m²。该值分别比单粒径配料5和45 μm时的值提高了111.42%、25.97%和46.55%、20.46%；介电常数和介电损耗分别约为4.20和0.007。注凝成形、反应烧结Si₃N₄多孔陶瓷可以兼顾力学性能和介电性能，适用于透波罩等异形、大尺寸构件。     

铣削加工参数对SiCp/Al复合材料表面粗糙度的影响

文摘SiC_p/Al复合材料在切削加工中存在严重的表面质量问题。本文设计单因素试验,采用硬质合金涂层刀具对SiC_p/Al复合材料进行铣削加工,研究了加工参数对表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大先增大后减小,随进给量、径向切深、轴向切深的增大而增大;使用较大的切削速度、较小的进给量和不大于4 mm的径向切深能获得较好的加工表面质量。     

切削参数对SiCp/Al复合材料铣削棱边形貌的影响

针对20vol%的SiC_p/Al复合材料的棱边缺陷问题,利用单因素实验对其进行面铣,研究了切削参数对出口棱边形貌的影响。研究结果表明:出口棱边形貌受铣削速度变化的影响较大,在低速(40和80 m/min)和高速(200 m/min)时棱边形貌均较好;当进给量为0.02和0.04 mm/r时,出口棱边主要存在毛刺。随着进给量的不断增大,棱边出现了严重的缺陷和表层剥落,之后棱边又以少量的毛刺和缺陷为主。当只改变轴向切深时,出口棱边均会出现严重的缺陷,只改变轴向切深对改善棱边形貌质量效果不显著。因此,当铣削速度为低速或高速、进给量较小且轴向切深适中时,SiC_p/Al才能获得较好的出口棱边形貌。     

氮化硅陶瓷轴承试验研究

利用航空发动机主轴承M50套圈装Si_3N_4陶瓷滚珠组成的轴承模拟发动机的工作条件进行的试验。通过试验,初步确定了Si_3N_4滚珠的工作性能和耐久性及与M50跑道的匹配性。暴露了Si_3N_4滚珠的问题,为进一步改进指明了方向。同时对分别装有M50与Si_3N_4滚珠的轴承在相同工作条件下的工作差异及其影响进行了比较     

Si_3N_4/TiC复合材料的显微结构与力学性能

本文通过XRD和SEM分析了热压Si_3N_4/TiC的显微组织特征,研究了添加TiC粒子对Si_3N_4陶瓷力学性能的影响。结果表明:在Si_3N_4/TiC颗粒复合材料中,TiC与裂纹前端的交互作用使裂纹发生偏转,增加了裂纹扩展阻力,使断裂韧性值提高,断口形貌趋于复杂;同时TiC与Si_3N_4的弱界面结合以及TiC团聚体的存在使Si_3N_4/TiC在韧性增加的同时强度降低。K_(IC)增加越显著,强度下降越明显。     

g-C3N4/Fe2O3复合催化剂的表征及其对AP的催化作用

为了改善固体推进剂中高氯酸铵（AP）热分解性能,降低其热分解温度,利用SEM,XRD,FT-IR对原位制备的g-C₃N₄/Fe₂O₃复合催化剂的形貌和结构进行了表征,通过差示扫描量热法（DSC）考察了催化剂对AP 热分解的催化效果。结果表明：g-C₃N₄/Fe₂O₃复合结构完整,Fe₂O₃颗粒紧密负载在g-C₃N₄上;加入不同质量分数的复合催化剂,AP的低温分解峰和高温分解峰都明显降低,且随着催化剂加入量的增加催化效果增强;加入复合催化剂质量分数5%时,高温分解峰和低温分解峰分别降低到348.1℃和281.7℃,表明g-C₃N₄/Fe₂O₃复合催化剂可有效降低AP的热分解温度,改善其热分解性能。     

用于阻抗变换层的Li2O-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷制备及其微波介电特性

 采用热压和凝浇注无压烧结的方法制备了Li₂O-Al₂O3-SiO₂ 玻璃陶瓷阻抗变换层,研究表明烧结的工艺方法和参数对该玻璃陶瓷的致密度和复介电常数有很大的影响。在较高烧结温度和压力下,该玻璃陶瓷的复介电常数保持不变。降低烧结温度和压力时,能够得到一系列复介电常数在较小范围内变化的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ 玻璃陶瓷,但复介电常数不随频率发生变化。将该玻璃陶瓷作为吸波材料的阻抗变换层后,大幅度提高了材料的吸波性能,而且其制备工艺对吸波性能也有一定的影响,可以通过改变该玻璃陶瓷的烧结条件来满足不同吸波材料设计对阻抗匹配层的多种要求。     

SiC/SiBCN-Si3N4复合材料力学性能研究

为了深入了解SiC/SiBCN-Si₃N₄材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si₃N₄材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材料损伤机理进行了分析,最后基于试验数据构建了一种可解释的深度学习模型,实现了材料高温非线性本构关系预测。样件力学性能分析结果表明：平均应力预测误差为0.27%~0.59%、平均应变预测误差为1.96%~3.41%;同时通过量化分析明确了影响力学性能的因素依次为温度、偏轴角度、孔隙率及密度。本文实现了不同环境温度、偏轴角度与外载荷作用下SiC/SiBCN-Si₃N₄宏观力学性能的预测,可为陶瓷基复合材料高温本构模型的建立提供新思路。     

共沉淀法制备花状NiCo2O4及其吸波性能的研究

通过共沉淀法制备花状NiCo₂O₄吸波材料，利用XRD、FTIR、BET、XPS和SEM等方式表征了样品成分及形貌特征，将不同煅烧温度（300、400、500、600、700 ℃）的产物利用矢量网络分析仪通过同轴测试法模拟了不同厚度下的吸波性能。结果表明：400 ℃煅烧样品在反射损耗值、吸收带宽以及样品厚度都表现出较好的性能，当厚度为1.5 mm时，在14.32 GHz处吸波材料达到最大的吸收损耗值为-43.71 dB，有效吸收带宽为4.48 GHz （12.08~16.56 GHz），可以预见镍钴基吸波材料具有很大的潜力。     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。     

SiCp/Al复合材料切削仿真研究

文摘针对SiC_p/Al复合材料的难加工性,建立了二维有限元切削模型,利用ABAQUS完成复合材料正交切削的动态物理仿真。通过仿真与实验结果的比较,验证模型的准确性。同时,利用该切削模型分析颗粒分布形式、直径及刀尖圆弧半径对切削力的影响。结果表明,SiC颗粒的分布形式对切屑形态和切削力具有明显的影响,颗粒形成团簇不利于复合材料加工。切削力随颗粒直径的增大而减小,随刀尖圆弧半径的增大而增大。     

Analytical model of cutting force in axial ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB2/7050Al PRMMCs

Ultrasonic vibration-assisted milling has been widely applied in machining the difficult-to-cut materials owing to the remarkable improvements in reducing the cutting force. However, analytical models to reveal the mechanism and predict the cutting force of ultrasonic vibration-assisted milling metal matrix composites are still needed to be developed. In this paper, an analytical model of cutting force was established for ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. During modeling, change of motion of the cutting tool, contact of tool-chip-workpiece and acceleration of the chip caused by ultrasonic vibration was considered based on equivalent oblique cutting model. Meanwhile, material properties, tool geometry, cutting parameters and vibration parameters were taken into consideration. Furthermore, the developed analytical force model was validated with and without ultrasonic vibration milling experiments on in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. The predicted cutting forces show to be consistent well with the measured cutting forces. Besides, the relative error of instantaneous maximum forces between the predicted and measured data is from 0.4% to 15.1%. The analytical model is significant for cutting force prediction not only in ultrasonic-vibration assisted milling but also in conventional milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites, which was proved with general applicability.     

Effects of in-situ TiB2 particles on machinability and surface integrity in milling of TiB2/2024 and TiB2/7075 Al composites

In-situ ceramics particle reinforced aluminum matrix composites are favored in the aerospace industry due to excellent properties. However, the hard ceramic particles as the reinforcement phase bring challenges to machining. To study the effect of in-situ TiB₂ particles on machinability and surface integrity of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite, milling experiments were performed, and compared with conventional 2024 and 7075 aluminum alloys. In-situ TiB₂ particles clustered at the grain boundaries and dispersed inside the matrix alloy grains hinder the dislocation movement of the matrix alloy. Therefore, the milling force and temperature of the composites are higher than those of the aluminum alloys due to the increase of the strength and the decrease of the plasticity. In the milling of composites, abrasive wear is the main wear form of carbide tools, due to the scratching of hard nano-TiB₂ particles. The composites containing in-situ TiB₂ particles have machining defects such as smearing, micro-scratches, micro-pits and tail on the machined surface. However, in-situ TiB₂ particles impede the plastic deformation of the composites, which greatly reduces cutting edge marks on the machined surface. Therefore, under the same milling parameters, the surface roughness of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite is much less than that of 2024 and 7075 aluminum alloy respectively. Under the milling conditions of this experiment, the machined subsurface has no metamorphic layer, and the microhardness of the machined surface is almost the same as that of the material. Besides, compared with 2024 and 7075 aluminum alloy, machined surfaces of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite both show tensile residual stress or low magnitude of compressive residual stress.     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

SiC_(f)/SiC复合材料铣削加工表面质量北大核心CSCD

使用PCD立式铣刀对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的SiC_(f)/SiC复合材料开展单因素铣削试验,通过对加工中产生的切削力和加工后的表面粗糙度进行测量,分析了铣削工艺参数对其的影响;对加工表面、纤维断口进行SEM分析,讨论了SiC_(f)/SiC复合材料加工表面的形成。研究结果表明,表面粗糙度与切削力的变化趋势相同,高主轴转速和小切削宽度有利于得到表面粗糙度较小的加工表面;近孔洞区域与远离孔洞区域的材料去除方式不同;材料中纤维发生面内偏移和层间屈曲,纤维存在多种去除方式。