最近，期刊《Tribology International》发表了题为“Fundamental investigation on damage evolution and material removal mechanism in scratching anisotropic brittle material”的研究论文。博士生郑正鼎为论文第一作者，张建国教授为论文通讯作者。

各向异性脆性材料广泛应用于各种重要的工业领域，但其在加工过程中不可避免地会受到各种损伤。研究各向异性脆性材料的材料去除机理和损伤演化对控制表面和亚表面损伤具有重要意义。本文采用应力场分析与划擦实验相结合的方法，对各向异性脆性材料在划擦过程中材料去除行为和各种裂纹的演化机制进行解耦，确定了不同裂纹的产生条件和耦合模式。首先，考虑各向异性特征、刀具形状和材料弹性恢复，建立了改进的弹性应力场模型。在此基础上，对不同晶向的单晶硅开展划擦实验。最后，通过透射电镜分析了亚表面损伤的特征，并对位错与裂纹的相互作用进行了研究。结果表明：在刀具背后的拉应力作用下，横向裂纹首先在材料表面下萌生并扩展；随着解理面的影响，径向裂纹逐渐在材料表面形成；而后刀具前部的拉应力诱发中间裂纹萌生。张开型的径向裂纹和横向裂纹的几何重叠导致了大量脆性剥脱形式的脆性去除。理论结果与实验结果吻合较好，径向裂纹扩展方向预测的平均误差小于9.4%。损伤演化过程中存在很强的晶体取向性。晶体[100]由于其弹性应力较低，位错密度较高，更有利于延性加工。本研究有助于深入理解各向异性脆性材料的损伤演化和晶体取向依赖关系，为各向异性脆性材料构件的无损伤制造奠定基础。

单晶硅划擦材料去除行为及损伤演化机制

本研究得到了国家自然科学基金(52225506, 52375430和52188102)，国家重点研发项目(2023YFB3407200)，以及华中科技大学学术前沿青年团队项目(2019QYTD12)的资助。

论文信息：Zhengding Zheng, Kai Huang, Chuangting Lin, Weiqi Huang, Jianguo Zhang, Xiao Chen, Junfeng Xiao, Jianfeng Xu. Fundamental investigation on damage evolution and material removal mechanism in scratching anisotropic brittle material. Tribology International. 2024, 197: 109764.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109764