近期，湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）、難加工材料高效精密加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉偉副教授課題組在工程陶瓷精密低損傷磨削方向取得新進(jìn)展，研究成果以“Experimental study on the mechanism of strain rate on grinding damage of zirconia ceramics”為題，發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Ceramics International》（IF: 4.527，中科院SCI期刊分區(qū)：硅酸鹽1區(qū)）上。該期刊主要報(bào)道先進(jìn)陶瓷方面具有創(chuàng)新性的基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)應(yīng)用，在廣大讀者、作者中享有崇高的威望。該研究成果是課題組繼“Effects of grinding parameters on surface quality in silicon nitride grinding. Ceramics International, 2017, 43(1): 1571-1577”以來的進(jìn)一步創(chuàng)新性成果。

具有優(yōu)異物理化學(xué)性能的典型工程陶瓷——氧化鋯陶瓷，在醫(yī)療、通信、軍工、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于工程陶瓷高硬脆的特性，在其精密磨削加工過程中容易產(chǎn)生裂紋、殘余應(yīng)力等表面/亞表面損傷，使得加工后工件的力學(xué)性能和服役壽命大打折扣。因此，對工程陶瓷精密磨削加工過程中的材料去除行為以及裂紋形成與傳播機(jī)制進(jìn)行深入研究，在優(yōu)化工件表面質(zhì)量、提升產(chǎn)品服役周期方面具有重要意義。

該研究成果考慮動態(tài)沖擊下應(yīng)變率效應(yīng)對氧化鋯陶瓷磨削加工的影響，對磨削力、磨削后工件表面形貌與亞表面損傷進(jìn)行分析，揭示了動態(tài)沖擊應(yīng)變率效應(yīng)對氧化鋯陶瓷磨削損傷的影響規(guī)律。在低應(yīng)變率下，磨削表面存在大量由脆性斷裂引起的隨機(jī)分布的破碎坑；隨著磨削應(yīng)變率的增大，磨削表面的劃痕變得更加平滑，塑性去除區(qū)域所占比例增大，加工質(zhì)量得到明顯改善，同時亞表面裂紋深度逐漸下降。受到?jīng)_擊應(yīng)力波和材料內(nèi)部缺陷的影響，亞表面裂紋的傳播具有向周邊裂紋和材料內(nèi)部缺陷靠攏的趨勢，材料內(nèi)部缺陷會從尖端開始擴(kuò)展開裂，其裂紋的擴(kuò)展方向與缺陷長度方向保持125°左右的夾角。結(jié)果表明，磨削應(yīng)變率的增大可以有效提高氧化鋯陶瓷磨削加工質(zhì)量，具有較好的應(yīng)用潛力。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（51505144）和湖南省自然科學(xué)基金（2020JJ5178）的資助。

另外，劉偉副教授讀博期間在機(jī)械領(lǐng)域國內(nèi)頂級期刊《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表的論文“單顆金剛石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真與試驗(yàn)研究”入選2021年度“領(lǐng)跑者5000—中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文（F5000）”。