新材料及其应用

一种微裂纹辅助的复合微结构面创成方法，属于脆性材料复杂微结构面精密加工技术领域。所述复合微结构面创成方法，主要通过刀具位姿和振动轨迹的主动调制，配合刀具走刀路径规划，在大于脆塑转变临界切深小于微缺陷扩展至沟槽最低点的切深范围内进行加工，利用微裂纹诱导形成加工微缺陷并向刀具加工方向单侧与表面扩展，通过调控微裂纹在特定区域相互扩展交叉实现材料去除，或通过调控微裂纹诱导的微缺陷在特定位置生成，实现复合微结构表面创成。该方法可实现在脆性材料上一次性创成具有塑性去除特征的空间低频特征结构和在塑性低频空间上创成空间高频脆裂去除特征的复合微结构表面，效率高，成本低。

目前基于难加工材料的复杂型面广泛应用于航空航天、国防军事、微电子器件和光学元件等高科技高附加值领域，但由于该类材料的难切削加工性，给当前的机械加工技术带来了严峻的挑战。尤其基于脆性材料的复杂型面，由于固有的高硬度、低断裂韧性，在加工过程中极易产生裂纹，很难保证加工质量和效率。微结构面是一种典型的复杂型面，当前脆性材料微纳结构的加工可以通过减材（如切削等）、增材（如3D打印等）和等材（如模压等）等方式制备，但为了保证加工质量，通常依赖于昂贵的加工设备和复杂的工艺条件，不仅加工效率低且成本高。当前为实现脆性材料高效低损伤加工，机械加工领域的共识是控制切削深度小于脆塑转变临界切深，进而实现低损伤加工。但通常脆性材料的脆塑转变临界切深阈值极小（亚微米级），为了进一步提高脆塑转变临界切深值，能量场（热场、振动场等）被引入加工过程，使得该临界值得以有效提高，但当前的低损伤切削参数（如切削深度、进给量）均以脆塑转变临界切深为判断依据，使得该临界值一定程度上成为限制该类材料高效低损伤加工的瓶颈。针对该问题，中国发明专利CN116238058B公开了一种脆性材料高效低损伤加工方法，公开了以下技术内容：通过调整刀具姿态和振动轨迹，实现了裂纹扩展方向的调制，确定了该方式下裂纹扩展至最低点的临界切削深度，当实际加工深度小于该裂纹扩展至最低点临界切削深度时，利用多次走刀实现此次走刀产生的已加工表面偏向预走刀进给方向一侧的裂纹，将在下次走刀过程中被去除。该方法提供了切削深度大于传统脆塑转变临界切深进而实现低损伤加工的一种新途径，有助于提高脆性材料的加工效率。但该方法并未涉及通过微裂纹辅助的主动调控微缺陷位置，进而实现复合微结构表面的直接创成。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过主动调控刀具位置和姿态、振动轨迹和走刀路径，利用微裂纹诱导形成加工微缺陷向加工方向单侧与表面扩展，通过多次走刀和横向进给量控制，可实现在脆性材料上一次性创成具有塑性去除特征的空间低频特征结构和在塑性低频空间上创成空间高频脆裂去除特征的复合微结构表面，效率高，成本低。