近期，我校机电工程学院（未来技术学院）、难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室刘伟副教授课题组在工程陶瓷精密低损伤磨削方向取得新进展，研究成果以“Experimental study on the mechanism of strain rate on grinding damage of zirconia ceramics”为题，发表在材料科学领域国际顶尖学术期刊《Ceramics International》（IF: 4.527，中科院SCI期刊分区：硅酸盐1区）上。该期刊主要报道先进陶瓷方面具有创新性的基础理论、工程技术应用，在广大读者、作者中享有崇高的威望。该研究成果是课题组继“Effects of grinding parameters on surface quality in silicon nitride grinding. Ceramics International, 2017, 43(1): 1571-1577”以来的进一步创新性成果。

▲ScienceDirect检索页

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.142

具有优异物理化学性能的典型工程陶瓷——氧化锆陶瓷，在医疗、通信、军工、航天等领域得到了广泛的应用。由于工程陶瓷高硬脆的特性，在其精密磨削加工过程中容易产生裂纹、残余应力等表面/亚表面损伤，使得加工后工件的力学性能和服役寿命大打折扣。因此，对工程陶瓷精密磨削加工过程中的材料去除行为以及裂纹形成与传播机制进行深入研究，在优化工件表面质量、提升产品服役周期方面具有重要意义。

该研究成果考虑动态冲击下应变率效应对氧化锆陶瓷磨削加工的影响，对磨削力、磨削后工件表面形貌与亚表面损伤进行分析，揭示了动态冲击应变率效应对氧化锆陶瓷磨削损伤的影响规律。在低应变率下，磨削表面存在大量由脆性断裂引起的随机分布的破碎坑；随着磨削应变率的增大，磨削表面的划痕变得更加平滑，塑性去除区域所占比例增大，加工质量得到明显改善，同时亚表面裂纹深度逐渐下降。受到冲击应力波和材料内部缺陷的影响，亚表面裂纹的传播具有向周边裂纹和材料内部缺陷靠拢的趋势，材料内部缺陷会从尖端开始扩展开裂，其裂纹的扩展方向与缺陷长度方向保持125°左右的夹角。结果表明，磨削应变率的增大可以有效提高氧化锆陶瓷磨削加工质量，具有较好的应用潜力。

▲氧化锆陶瓷磨削表面与亚表面形貌

该研究工作得到了国家自然科学基金（51505144）、湖南省自然科学基金（2020JJ5178）的资助。

▲论文首页与F5000入选证书

另外刘伟副教授读博期间在机械领域国内顶级期刊《机械工程学报》上发表的论文“单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究”入选2021年度“领跑者5000—中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）”。