引用本文：王奔, 唐家杰, 楚閎迪, 張棋. 砂輪種類及冷卻方式對SiCf/SiC陶瓷基復合材料磨削質量的影響[J]. 金剛石與磨料磨具工程, 2025, 45(2): 163-175.

       WANG Ben, TANG Jiajie, CHU Hongdi, ZHANG Qi. Effect of grinding wheel type and cooling method on grinding quality of SiCf/SiC ceramic matrix composites[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(2): 163-175.

       doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0008

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       研究背景

       SiCf/SiC陶瓷基復合材料（CMC）是由碳化硅纖維增強碳化硅基體構成的高性能材料，兼具優異的機械性能與熱化學穩定性。其特性包括低密度、高比強度/剛度、耐磨損、抗熱震和良好的斷裂韌性，已廣泛應用于航空發動機熱端部件。然而，該材料的各向異性和加工難度導致制造成本較高，制約了其工業化應用。

       針對加工難題，特種加工技術展現出潛力：電火花加工存在導電性差和材料去除率低的問題；激光加工易產生熱損傷和幾何缺陷；超聲輔助加工雖能改善表面質量，但受臨界速度限制且作用機制尚不明確。目前傳統磨削仍是主流工藝，相關研究已揭示材料去除機理：主要呈現脆性斷裂特征，具體形式包括基體破碎、纖維斷裂及界面脫粘等金剛石砂輪（特別是電鍍和燒結型）被證明是最佳加工工具，其中電鍍砂輪性價比突出，燒結砂輪則適用于高精度加工。本研究采用電鍍/燒結金剛石砂輪，通過正交試驗系統探究干式與水冷卻磨削對SiCf/SiC加工質量的影響，為解決該材料精密加工難題提供新依據。
       研究摘要

       SiCf/SiC陶瓷基復合材料由于其耐高溫和高比強度的特性，已成為航空發動機用先進材料之一。然而，作為一種難加工的硬脆材料，提高其加工質量和效率是當前研究的關鍵問題。采用電鍍和燒結金剛石砂輪，在有無冷卻液的條件下進行正交磨削試驗，以磨削力、工件表面粗糙度和砂輪磨損程度為評價指標，探究不同砂輪種類及冷卻方式對SiCf/SiC陶瓷基復合材料磨削加工質量的影響。

       結果表明：采用燒結金剛石砂輪磨削加工復合材料可得到更好的表面質量和較低的磨削力，同時采用冷卻液輔助磨削會降低工件表面粗糙度；由于電鍍金剛石砂輪在受到較大磨削力時其金剛石磨粒更易出現成片剝落現象，其使用結果與燒結金剛石砂輪的相反，且電鍍金剛石砂輪的磨損形式除磨粒損耗外還包括磨粒的燒傷、脫落等。當粗加工SiCf/SiC陶瓷基復合材料時，應在干式磨削條件下使用電鍍金剛石砂輪，并選取高轉速、低進給速度及較小磨削深度的磨削參數；當精加工SiCf/SiC陶瓷基復合材料時，應采用燒結金剛石砂輪，并采用水冷輔助方式來顯著提高工件加工表面質量。

       研究結論

       本研究系統考察了電鍍與燒結金剛石砂輪對SiCf/SiC陶瓷基復合材料的磨削性能，結果表明：燒結砂輪具有更小的磨削力和更高的磨削力比，能獲得更優的表面質量，而電鍍砂輪在水冷條件下會增大表面粗糙度；砂輪磨損分析顯示電鍍砂輪主要表現為磨粒脫落和鍍層剝落，燒結砂輪則以磨粒損耗為主；基于加工需求，建議粗加工采用電鍍砂輪干式磨削（高轉速、低進給、小切深），精加工選用燒結砂輪輔以水冷，為SiCf/SiC復合材料的精密加工提供了工藝優化方案。

       部分圖表