近期，湖南科技大學機電工程學院（未來技術學院）、難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室劉偉副教授課題組在工程陶瓷精密低損傷磨削方(fang)向取得新進展(zhan)，研(yan)究成(cheng)(cheng)果以(yi)(yi)“Experimental study on the mechanism of strain rate on grinding damage of zirconia ceramics”為題(ti)，發表在材(cai)料科學領(ling)域國際頂(ding)尖學術(shu)期刊《Ceramics International》（IF: 4.527，中科院SCI期刊分區：硅酸鹽1區）上。該(gai)(gai)期刊主(zhu)要報道先進陶瓷(ci)方(fang)面(mian)具有創新性(xing)的(de)基礎(chu)理(li)論、工程技術(shu)應用，在廣大讀(du)者(zhe)、作者(zhe)中享有崇高的(de)威望(wang)。該(gai)(gai)研(yan)究成(cheng)(cheng)果是課題(ti)組繼“Effects of grinding parameters on surface quality in silicon nitride grinding. Ceramics International, 2017, 43(1): 1571-1577”以(yi)(yi)來的(de)進一步創新性(xing)成(cheng)(cheng)果。

具有優異物理化學(xue)性能的典(dian)型工(gong)程(cheng)陶瓷(ci)(ci)——氧化鋯(gao)陶瓷(ci)(ci)，在醫療、通信、軍工(gong)、航天等領(ling)域得到(dao)了廣泛的應用。由(you)于工(gong)程(cheng)陶瓷(ci)(ci)高硬脆的特性，在其精密磨(mo)削加工(gong)過程(cheng)中(zhong)容易產(chan)生裂(lie)紋(wen)、殘(can)余應力等表(biao)面/亞表(biao)面損傷，使得加工(gong)后工(gong)件的力學(xue)性能和服(fu)役(yi)壽命大打折扣。因(yin)此，對工(gong)程(cheng)陶瓷(ci)(ci)精密磨(mo)削加工(gong)過程(cheng)中(zhong)的材料(liao)去除(chu)行(xing)為以及裂(lie)紋(wen)形成(cheng)與(yu)傳(chuan)播機制進行(xing)深入研究，在優化工(gong)件表(biao)面質量(liang)、提(ti)升產(chan)品服(fu)役(yi)周期方面具有重(zhong)要意義(yi)。

該研究成果(guo)(guo)考慮動態沖(chong)(chong)擊下應(ying)(ying)變(bian)(bian)率效應(ying)(ying)對氧化(hua)鋯陶(tao)瓷磨(mo)削(xue)加工(gong)的(de)(de)影響(xiang)，對磨(mo)削(xue)力、磨(mo)削(xue)后(hou)工(gong)件(jian)表面(mian)形貌與亞表面(mian)損傷進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，揭(jie)示(shi)了動態沖(chong)(chong)擊應(ying)(ying)變(bian)(bian)率效應(ying)(ying)對氧化(hua)鋯陶(tao)瓷磨(mo)削(xue)損傷的(de)(de)影響(xiang)規律。在(zai)(zai)低應(ying)(ying)變(bian)(bian)率下，磨(mo)削(xue)表面(mian)存在(zai)(zai)大量(liang)由脆性斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)引起的(de)(de)隨(sui)機(ji)分(fen)布(bu)的(de)(de)破(po)碎坑；隨(sui)著磨(mo)削(xue)應(ying)(ying)變(bian)(bian)率的(de)(de)增大，磨(mo)削(xue)表面(mian)的(de)(de)劃痕(hen)變(bian)(bian)得(de)(de)更(geng)加平滑，塑(su)性去除區域所占(zhan)比(bi)例增大，加工(gong)質(zhi)量(liang)得(de)(de)到(dao)明顯改(gai)善，同時亞表面(mian)裂(lie)(lie)(lie)紋深度逐漸下降。受到(dao)沖(chong)(chong)擊應(ying)(ying)力波和材料內部缺陷(xian)(xian)的(de)(de)影響(xiang)，亞表面(mian)裂(lie)(lie)(lie)紋的(de)(de)傳播具有(you)向(xiang)周邊(bian)裂(lie)(lie)(lie)紋和材料內部缺陷(xian)(xian)靠攏(long)的(de)(de)趨勢，材料內部缺陷(xian)(xian)會從尖端(duan)開始擴(kuo)展開裂(lie)(lie)(lie)，其(qi)裂(lie)(lie)(lie)紋的(de)(de)擴(kuo)展方向(xiang)與缺陷(xian)(xian)長度方向(xiang)保持125°左右的(de)(de)夾角。結果(guo)(guo)表明，磨(mo)削(xue)應(ying)(ying)變(bian)(bian)率的(de)(de)增大可(ke)以有(you)效提高氧化(hua)鋯陶(tao)瓷磨(mo)削(xue)加工(gong)質(zhi)量(liang)，具有(you)較(jiao)好的(de)(de)應(ying)(ying)用潛力。

該研究工(gong)作得到了國家自(zi)然科(ke)學(xue)基金(jin)（51505144）和(he)湖南省自(zi)然科(ke)學(xue)基金(jin)（2020JJ5178）的資助。

另外，劉偉副教授讀博期間在機械領域國內頂級期刊《機械工程學報》上發表的論文“單顆金剛石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真(zhen)與試驗(yan)研(yan)究(jiu)”入選2021年度“領(ling)跑者5000—中(zhong)國精品科技(ji)期(qi)刊(kan)頂尖學術論文（F5000）”。