C/SiC復合材料激光超聲復合加工螺紋缺陷控制及拉伸性能分析

關(guān)鍵詞：C/SiC復合材料;激光超聲復合加工;螺紋特征;表面缺陷中圖分類號：TG62DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.009 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Thread Defects Control and Tensile Property Analysis of C/SiC Composites by L-UHM

XU Haoran1，2 WANG Jiaqi1，2 YU Zhanjiang12 XU Jinkai1，2*

1.Ministry of Education Key Laboratory for CrossScale Micro and Nano Manufacturing，Changchun University of Science and Technology，Changchun，130022

2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Changchun University of Science and Technology， Changchun，130022

Abstract： C/SiC composites were often used to make high-temperature composite fasteners. However，in conventional machining（CM），the integrity of thread features was low，and there were micro-defects such as fiber pull-out and matrix broken on the surfaces，which made it difficult to met the requirements of a high-performance connection. L-UHM was used to carry out C/SiC composites thread feature machining herein. The variation of micro-defects on the surfaces of thread features and tensile test results in different machining methods were studied.The defects of thread features in CM， LAM（laser-assisted machining） and L-UHM and the relationship between surface micro-defects and tensile properties were revealed. The advantages of L-UHM in C/SiC composites thread feature microdefects controlling were proved. The results show that compared with CM and LAM，the fiber pullout，fiber debonding and matrix broken of the teth tops，teeth sidewalls and teeth bottoms are inhibited，the micro defects on the surfaces of thread features are reduced，and thread feature integrity is improved in L-UHM. In addition，in the tensile tests，L-UHM achieves the highest tensile strength， which is increased by 29% compare to CM and by 10% compare to LAM.

Key words： C/SiC composite; laser-ultrasonic hybrid machining（L-UHM）； thread feature； sur-face defect

0 引言

C/SiC復合材料因其優(yōu)異的力學性能、耐高溫性及低密度等優(yōu)點，逐漸成為航空航天、汽車以及能源等領(lǐng)域的重要材料[1-5]。C/SiC復合材料常用于高溫復合材料緊固件，螺紋特征尺度小、加工難度大，在加工過程中面臨著許多挑戰(zhàn)。因螺紋特征復雜，故在常規(guī)加工（conventionalmachi-ning，CM）后會產(chǎn)生較多微觀缺陷（纖維拔出、纖維脫黏、基體破碎等），導致螺紋無法正常配合或安裝，影響零部件的性能[6。諸多學者對C/SiC復合材料螺紋特征加工進行了研究。柳思成等[7]認為磨削和硬質(zhì)合金攻絲分別是C/SiC緊固件外螺紋和內(nèi)螺紋的優(yōu)選加工方式。SUN等[8]研究了滲硅對合金顯微組織和力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)在拉應力作用下C/C-SiC螺栓為螺柱拉伸破壞，C/C螺栓為螺紋拉脫破壞。常規(guī)加工方法加工出的螺紋特征表面微觀缺陷較多，亟需引入一種新的加工技術(shù)以滿足低損傷、低缺陷的要求，因此，探索合適的加工方法對實現(xiàn)高質(zhì)量、高一致性的C/SiC螺紋連接件具有重要意義。

激光輔助加工（laser-assistedmachining，LAM和超聲振動輔助加工作為C/SiC復合材料加工的有效手段，能顯著提高材料的可加工性和表面質(zhì)量。PARK等9使用LAM進行正交切削試驗，比較了切削力。ZHOU等[10]提出了一種高效、低損傷、低磨粒磨損的激光誘導燒蝕輔助磨削方法并評價了磨削性能。ZHANG 等[11]提出了考慮韌脆轉(zhuǎn)變的磨削力解析模型和切削區(qū)域內(nèi)有效磨粒數(shù)量的最終模型。XIONG等[12]對超聲振動輔助銑削-磨削SIC纖維增強SIC基陶瓷基復合材料進行了研究。WANG等[13]總結(jié)了超聲輔助磨削的經(jīng)驗公式。WANG等[14]認為超聲振動可以顯著減小磨削力和粗糙度。

激光超聲復合加工（laser-ultrasonichybridmachining，L-UHM）是一種新興的高效材料加工技術(shù)，結(jié)合了激光加工和超聲加工的優(yōu)點，利用激光的高能量密度和超聲的振動特性，能夠在提高表面質(zhì)量和精度的同時提高加工效率并減小刀具磨損，實現(xiàn)對材料的精細加工。激光超聲復合加工過程中，激光束聚焦到工件的表面，通過局部加熱使材料軟化，從而減小刀具磨損、延長刀具的使用壽命。通過對激光能量的精確控制，使加工過程中的熱影響區(qū)最小化，避免對工件造成熱損傷。超聲振動被引入到刀具或工件中，通過高頻振動產(chǎn)生微小的沖擊力，有助于減小切削力[15]李繼成等[16]開展C/SiC材料損傷機理與表面質(zhì)量研究，分析了激光超聲雙能場作用下C/SiC復合材料的失效機制。安慶龍等[17]提出了激光燒蝕與超聲振動輔助銑削的組合加工工藝，該工藝可以獲得質(zhì)量更好的已加工表面。

C/SiC復合材料螺紋特征較為復雜、尺度較小，目前對螺紋特征表面微觀缺陷研究不深入，且螺紋特征與力學性能的關(guān)系不明確，因此，本文通過L-UHM切削試驗，研究不同加工方式下螺紋特征表面微觀缺陷的變化規(guī)律和拉伸斷口形貌，揭示CM、LAM以及L-UHM下螺紋特征的斷裂形式以及表面微觀缺陷與其力學性能的關(guān)系。

1C/SiC復合材料螺紋連接件失效形式

螺紋連接因結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便、成本低等特點被廣泛應用于各類工程結(jié)構(gòu)中，尤其是在現(xiàn)代飛行器制造與應用中占有重要地位。C/SiC復合材料連接結(jié)構(gòu)包含鉚釘連接、螺釘連接、螺栓連接多種形式，一般先通過過盈配合或螺紋接觸的方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連接，然后進行二次沉積，進而完成連接結(jié)構(gòu)的制備[18]。

螺紋連接存在著各種失效形式，主要有塑性變形失效、疲勞失效、腐蝕失效、熱脹冷縮失效和過載失效。螺栓作為連接件結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的主要受載形式為軸向力和橫向力，因此其拉伸性能是重要的考核指標。C/SiC復合材料發(fā)生失效時，螺紋牙發(fā)生剪切失效而斷齒，但螺柱未拉斷，螺桿僅在螺牙根部的應力集中部位有少量損傷，表明螺栓連接強度取決于螺紋牙強度。螺紋特征表面缺陷越少，螺紋特征完整性越高，則螺紋牙強度越高，因此，保持螺紋特征完整性極其關(guān)鍵。

螺栓連接接觸區(qū)易形成應力集中，是結(jié)構(gòu)抵抗疲勞破壞的薄弱環(huán)節(jié)，因此，螺紋牙完整性及其可靠性是評估螺栓耐久性的關(guān)鍵。與金屬螺栓不同，C/SiC復合材料連接件由于板厚方向基體黏彈性的作用，往往更容易發(fā)生蠕變/松弛。接觸表面越粗糙，接觸剛度越小，則越容易發(fā)生接觸蠕變，預緊力也越容易松弛，因此，提高C/SiC螺紋連接件接觸表面質(zhì)量具有重要意義。

螺紋牙表面積 S（mm² ）的表達式為

式中： d，d₁ 分別為螺栓的大徑和小徑， mm ；為螺紋軸向長度， mm;P 為螺距， mm 。

根據(jù)配合質(zhì)量以及材料特性，C/SiC螺栓的拉伸失效模式可分為螺柱拉斷失效和螺牙斷齒失效，如圖1所示。相應的斷裂、剪切強度通過下式計算：

式中： 分別為單螺紋斷裂強度和螺柱斷裂強度，MPa;τ 為雙頭螺栓剪切強度， MPa;F₁，F(xiàn)₂ 分別為平均故障負載和螺栓斷裂失效載荷， N₃d₂ 為螺栓的中徑， mm 。

2試驗設(shè)置

試驗原材料為2.5D-針刺C/SiC棒料。試驗在友嘉國際數(shù)控機床有限公司FTC-350L數(shù)控車床的L-UHM車削系統(tǒng)上進行，工件通過主軸夾具定位并夾緊，通過頂針使工件穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。超聲振動施加在刀具上，沿切削速度方向振動。激光超聲復合切削裝置示意圖見圖2。

L-UHM模塊由換能器夾具、超聲波換能器和激光器等組成。其中，超聲波換能器頻率為18.981kHz ，阻抗為 15Ω ，額定功率為 1.5kW ，振幅為 4μm ；光纖激光器型號為YLR-300-MMWC-Y11，最高功率為30OW；使用PCD螺紋車刀。加工裝置如圖3所示。

數(shù)控車床主軸最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min ，通過數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)螺紋車削過程。所加工的樣件尺寸如圖4所示。

C/SiC復合材料由碳纖維和陶瓷基體組成。當對C/SiC進行局部分析時，可以將其簡化為單向結(jié)構(gòu)。根據(jù)切削方向的不同，對于C/SiC復合材料螺紋特征，在如圖5a所示的剖面1內(nèi)定義螺紋特征的平行纖維方向（圖5b）和垂直纖維方向（圖5c），在剖面2內(nèi)定義螺紋特征的纖維法向方向（圖5d）。

為了研究L-UHM對C/SiC復合材料螺紋特征加工性能的影響，對CM、LAM、L-UHM下的雙頭螺柱表面微觀缺陷進行了對比。刀具參數(shù)如表1所示，所制備的樣件參數(shù)如表2所示，試驗參數(shù)如表3所示。分別利用CM、LAM、L-UHM方法加工了C/SiC的M8雙頭螺柱試樣，雙頭螺柱總長度為 60mm ，兩端有效螺紋長度為10mm 。將加工后的工件置于去離子水中利用超聲波清洗機清洗 5min ，工件在 60^°C 下干燥后，使用掃描電子顯微鏡（ZEISSEVOMA25）分別對樣品的螺紋牙頂、牙壁和牙底進行微觀缺陷分析，所觀測螺紋特征位置如圖6所示。

3螺紋表面缺陷

3.1 螺紋牙頂表面微觀缺陷

為了評價CM、LAM、L-UHM三種加工方法對工件表面微觀缺陷的影響，利用掃描電子顯微鏡觀察了螺紋特征的微觀缺陷，結(jié)果如圖7所示。

對于螺紋特征的牙頂表面微觀缺陷，在平行纖維方向上，當采用CM時，大量纖維從基體中拔出，在表面形成大面積孔隙。纖維在切削過程中發(fā)生脆性斷裂，導致大部分與纖維結(jié)合的基體隨切屑一同排出，進而單根纖維失去基體支撐，形成大面積的材料缺失。基體斷裂、低強度層斷裂、沿纖維斷裂面使加工后表面形成清晰的孔隙和裂紋[19]，如圖7a所示。當采用LAM時，與CM相比，纖維與基體脫黏的現(xiàn)象減少，基體破碎、斷裂現(xiàn)象減少，材料缺失面積減小，如圖7b所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，纖維周圍的基體破碎減少，纖維拔出減少，纖維與基體間的裂縫減小，整個加工表面的孔隙和表面損傷均減少，如圖7c所示。

在垂直纖維方向上，當采用CM時，基體脫落和擠壓變形會導致材料產(chǎn)生孔隙和裂紋。由于纖維和基體之間的界面相固有的低抗壓強度，當產(chǎn)生垂直方向的壓力和剪力時，會導致缺乏基體支撐的纖維發(fā)生彎曲和脫落，從而形成大面積孔隙，如圖7d所示。當采用LAM時，與CM相比，基體脫落得到改善，纖維彎曲變形和開裂得到抑制。由于激光加熱，基體和纖維在熱量的影響下都被軟化，使得斷裂強度降低，避免了過度應力集中，如圖7e所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，由于激光加熱和高頻超聲振動的作用，實現(xiàn)了刀具對工件的斷續(xù)切削，有效地抑制了裂紋擴展，減少了對基體的損傷，基體破碎減少，如圖7f所示。

在纖維法向上，當采用CM時，由于螺紋車刀的前刀面對材料的擠壓作用，纖維與基體之間的界面層被破壞，纖維發(fā)生彎曲變形和開裂，從而發(fā)生纖維損傷，纖維與基體分離導致纖維脫黏，纖維從基體上被剝離去除，在纖維被剝離去除過程中發(fā)生應力集中和基體破碎，破碎后的基體隨切屑排出，產(chǎn)生大面積孔隙，如圖 7g 所示。當采用LAM時，與CM相比，基體破碎減少，材料缺失面積減小，激光的反復加熱使基體熔化，進而使纖維裸露，產(chǎn)生損傷的纖維在切削過程中發(fā)生彎曲變形和折斷，纖維失去基體的支撐，在纖維周圍產(chǎn)生孔隙，如圖7h所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，基體相對完好，在激光加熱軟化基礎(chǔ)上，施加超聲振動使纖維快速剝離，以微脆去除為主，進一步減小應力集中，基體破碎減少，有少量小面積孔隙，如圖7i所示。

3.2 螺紋牙壁表面微觀缺陷

螺紋特征的牙壁表面微觀缺陷如圖8所示。在平行纖維方向上，當采用CM中，由于牙壁是曲面，牙壁表面上的纖維不在同一平面內(nèi)。纖維受到擠壓應力的作用，且纖維和基體的抗壓強度大于界面相的抗壓強度，在切削過程中纖維和基體之間的界面相更容易被破壞，因此有大量纖維脫黏、纖維拔出以及基體破碎，大量單根纖維裸露在外，如圖8a所示。當采用LAM時，與CM相比，由于激光對纖維和基體施加熱量，使其更容易被去除，纖維裸露現(xiàn)象減少但依舊存在，基體破碎和纖維拔出現(xiàn)象得到抑制，如圖8b所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，加工后表面纖維斷口趨于整齊，纖維周圍的基體完整性提高，在加工表面上分布的空隙和基體破碎減少，纖維在激光作用下被軟化，減小了彎曲變形的程度，進而在超聲振動作用下被去除，纖維在達到極限強度之前以剪切和微脆斷裂混合形式被去除，使界面相的損傷減小，同時減小了對基體的破壞，如圖8c所示。

在纖維垂直方向上，當采用CM時，由于纖維與基體結(jié)合的界面相強度大小不一致，當結(jié)合強度低的界面相與纖維束分離時，纖維發(fā)生彎曲變形并折斷，基體發(fā)生斷裂，進而形成沿纖維束方向的孔隙，以及纖維束從基體拔出所形成的孔隙，如圖8d所示。當采用LAM時，與CM相比，孔隙和基體脫落減少，這是因為激光對材料反復加熱，使界面相強度降低，基體更容易與纖維分離而被去除，如圖8e所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，纖維斷口趨于平整，僅有少量由于纖維拔出以及界面脫黏而形成的孔隙，如圖8f所示。

在纖維法向上，當采用CM時，已加工表面分布著因纖維拔出產(chǎn)生的空隙、基體破碎現(xiàn)象、因脆性和彎曲斷裂產(chǎn)生的纖維斷口形貌、擠壓應力作用引起的纖維彎曲和開裂，以及基體破碎后產(chǎn)生的孔隙，如圖8g所示。當采用LAM時，與CM相比，可以看到大量纖維裸露以及纖維彎曲甚至折斷，纖維拔出形成的孔隙減少但依舊存在，如圖8h所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，纖維斷口趨于平整，空隙和基體損傷進一步減小，如圖8i所示。

3.3 螺紋牙底表面微觀缺陷

螺紋特征的牙底表面微觀缺陷如圖9所示。在平行纖維方向上，當采用CM時，由于牙底為螺旋曲面，牙底表面上的纖維不在同一平面內(nèi)，在加工過程中易出現(xiàn)大量纖維脫黏、纖維拔出和基體破碎的現(xiàn)象。加工過程中的軸向壓縮導致纖維局部發(fā)生開裂，同時，由于纖維彎曲變形，應力過度集中，使切削過程中直接產(chǎn)生裂紋而不發(fā)生塑性變形，基體呈塊狀從纖維表面剝離，出現(xiàn)大量材料缺失，從而產(chǎn)生沿纖維方向的狹長的凹坑和裂縫，如圖9a所示。當采用LAM時，與CM相比，纖維拔出以及基體破碎減少，但仍存在由于纖維脫黏和基體破碎產(chǎn)生的孔隙，如圖9b所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，基體和纖維完整性提高，纖維以及基體破碎得到改善，可以觀察到纖維呈規(guī)律的階梯分布，如圖9c所示。

在纖維垂直方向上，當采用CM時，由于纖維與基體結(jié)合的界面相強度大小不一致，在切削過程中結(jié)合強度低的界面相與纖維束分離，形成沿纖維束方向的孔隙，以及大量纖維從基體拔出所形成的孔隙，纖維缺少基體的支撐，導致應力集中，纖維斷裂位置參差不齊，如圖9d所示。當采用LAM時，與CM相比，基體破碎減少，纖維脫黏減少，如圖9e所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，牙底纖維斷口整體呈橫置的

V形，纖維和基體完整性顯著提高，纖維斷口趨于平整，基體破碎顯著減少，如圖9f所示。

在纖維法向上，當采用CM時，已加工表面存在由于纖維拔出和基體破碎產(chǎn)生的空隙，存在基體破碎現(xiàn)象，從而出現(xiàn)大量纖維裸露，如圖 9g 所示。當采用LAM時，與CM相比，纖維拔出形成的孔隙減少，基體破碎現(xiàn)象減少，如圖9h所示。當采用L-UHM時，與CM和LAM相比，在激光加熱和超聲振動的作用下，應力集中減小，基體破碎減少，纖維斷口趨于平整，基體損傷減少，產(chǎn)生的空隙減小，如圖9i所示。

4螺栓的拉伸性能

4.1位移-抗拉強度曲線

將C/SiC復合材料加工成M8雙頭螺柱，螺紋長度為 10mm ，進行拉伸試驗，螺紋拉伸強度測試拉伸速度為 0.5mm/min 。

當采用CM時，螺紋牙表面有大量纖維拔出和基體缺失，導致螺紋牙表面材料缺失，在拉伸過程中導致螺紋牙應力集中，纖維更容易斷裂，螺紋特征表面缺陷多，導致C/SiC螺紋牙承載能力下降。與CM相比，采用L-UHM時的螺紋牙表面完整度提高，纖維和基體更加完整，使得C/SiC螺栓螺牙與螺母螺牙接觸面積增大，螺牙受力更加均勻，所以L-UHM下的抗拉強度比CM下的高。

拉伸強度的計算公式為

σ_b=F/s

式中： σ_b 為材料的抗拉強度， MPa;F 為材料試件受到的最大軸向拉力值， N;s 為材料試件受拉截面的面積，即以螺栓中徑計算出的面積， mm² 。

采用CM、LAM以及L-UHM時，抗拉強度分別為 16.42MPa，19.13MPa 和 21.22MPa ，如表4所示。

位移-抗拉強度曲線如圖10所示。對比三組試驗的位移-抗拉強度的斜率，從大到小的順序為LAM、L-UHM、CM。這是因為采用L-UHM和LAM時，C/SiC經(jīng)過激光加熱，使得切削溫度升高，基體熔化后填補了材料內(nèi)部的孔隙[20]。如圖7～ 圖9所示，采用LAM和L-UHM時，C/SiC表面孔隙數(shù)量減少且面積減小，使材料彈性模量增大，進而使得其抗拉強度增大[21]，故LAM和L-UHM的斜率大于CM的斜率。

在拉伸初始階段，LAM和L-UHM與CM相比，雙頭螺柱在被拉伸單位長度時能承受更大的力，說明它具有更高的彈性模量，能夠較為有效地抵抗形變。孔隙的大小和疏密程度不同導致不同的斜率。在拉伸中間階段，三種方式下加工的螺紋特征分別達到其最大抗拉強度，隨后由于螺紋牙不同時斷裂而呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。在拉伸結(jié)束階段，三種加工方式下的位移-抗拉強度斜率趨于一致，說明加載的拉力主要由纖維承擔，且纖維的抗拉強度基本一致。由于L-UHM刀具在超聲振動的作用下實現(xiàn)斷續(xù)切削，縮短了刀具和工件的接觸時間，從而降低了切削溫度[16]，基體熔化程度較LAM小，材料彈性模量較LAM小，所以LAM的斜率大于L-UHM的斜率。

牙頂表面若有明顯的缺陷或不平整區(qū)域，會導致局部應力集中，從而加速材料疲勞或引發(fā)斷裂。牙壁將外部載荷傳遞到螺紋接觸面，如果牙壁表面存在較多缺陷，會導致接觸不均勻，負載傳遞不連貫，從而影響螺紋特征的整體強度。牙底通常不會直接承受較大的外力，但在受力過程中仍然受到壓縮和剪切作用，如果牙底表面存在較多缺陷，容易導致應力集中，從而加速斷裂或疲勞破壞[22]。如圖 7～ 圖9所示，與LAM和CM相比，當采用L-UHM時，螺紋特征在牙頂、牙壁和牙底表面上的孔隙減少，纖維拔出、纖維脫黏和基體破碎現(xiàn)象得到抑制，有更少的表面缺陷。

采用L-UHM時的最大抗拉強度大于采用CM和LAM時的最大抗拉強度，最大抗拉強度較CM提高了 29% ，較LAM提高了 10% ，說明L-UHM提高了螺牙的最大承載能力。

4.2 螺牙剝離斷口形貌

螺牙剝離斷口形貌如圖11所示。由于C／SiC復合材料C纖維束層間的間隙以及C纖維束與短纖維層間的間隙較大，因此C纖維束層間界面結(jié)合較弱。C/SiC復合材料的抗拉性能依賴于纖維與基體之間的結(jié)合。韌性斷裂通常表現(xiàn)為界面處的破壞，即纖維與基體之間的結(jié)合失效，從采用CM時的拉伸斷口處可以觀察到纖維束之間存在較大孔隙，而采用LAM時的拉伸斷口處孔隙較小，因此CM試樣更容易發(fā)生應力集中，從而導致界面相被破壞。

采用CM時，拉伸斷口出現(xiàn)由纖維束和基體組成的臺階以及纖維束撕裂的現(xiàn)象，觀察到以脆性斷裂為主、韌性斷裂為輔的混合斷裂特征。采用LAM和L-UHM時，C/SiC復合材料經(jīng)激光加熱后，可以一定程度上提高螺紋牙的抗拉強度。相比于采用CM時的斷口形貌，采用LAM和L-UHM時的拉伸斷口中無解離臺階，表現(xiàn)出韌性斷裂特征，即界面剝離和脫層具有更好的拉伸性能，如圖11a～圖11c所示。同時，纖維束與短纖維層之間存在較多孔隙，導致在拉伸試驗中螺牙易在纖維束與短纖維層交界處被破壞，如圖11d～圖11f所示。

加工后表面涂覆如圖12所示，可以看出，采用LAM和L-UHM時，激光輻照在SiC基體表面時，激光能量被SiC吸收，導致SiC基體局部區(qū)域溫度升高至其熔點以上，SiC基體被加熱熔化，熔融的SiC物質(zhì)能夠滲透到這些孔隙中，填補 C/ SiC復合材料中的孔隙，使纖維與基體的結(jié)合更加緊密，增加了C/SiC復合材料的致密度，提高了應力傳遞效率，螺牙在受力時的應力分布更加均勻，減小了由于內(nèi)部微觀缺陷引起的局部應力集中。

5結(jié)論

1）激光超聲復合加工（L-UHM）試驗中，在牙頂、牙壁和牙底表面上，孔隙減少，纖維拔出、纖維脫黏和基體破碎現(xiàn)象得到抑制。此外，在牙壁和牙底的平行纖維方向上，纖維呈規(guī)律的階梯狀分布。

2）雙頭螺柱拉伸試驗中，采用L-UHM時的最大抗拉強度高于常規(guī)加工（CM）和激光輔助加工（LAM）時的最大抗拉強度，較CM提高了29% ，較LAM提高了 10% 。

3）相較于CM、LAM，采用L-UHM時的螺紋特征微觀缺陷減少，完整性更好，加強了纖維與基體之間的黏結(jié)性，不易產(chǎn)生應力集中，使得力學性能更優(yōu)。

參考文獻：

[1] 馬雪寒，王守財，陳旭，等.陶瓷基復合材料緊固件 制造技術(shù)及其連接性能研究進展［J].復合材料學 報，2023（40）：3075-3089. MAXuehan，WANG Shoucai，CHENXu，etal. Review of Preparation Processes and Joining Performance of Ceramic Matrix Composite Fasteners [J].Acta Materiae Compositae Sinica，2023（40）： 3075-3089.

[2] ERDENECHIMEGK，JEONG HI，LEECM.A Study on the Laser-assisted Machining of Carbon Fiber Reinforced Silicon Carbide[J].Materials， 2019（12）：2061.

[3] WANG Jing，CHEN Xu，CHENG Laifei，et al. Effects of Channel Modification on Microstructure and Mechanical Properties of C/SiC Composites Prepared by LA-CVI Process[J].Ceramics International，2018，44：16414-16420.

[4]QI Yuchao， FANG Guodong，WANG Zhangwen， et al.An Improved Analytical Method for Calculating Stiffness of 3D Needled Composites with Different Needle-punched Processes[J]. Composite Structures，2020，237：111938.

[5］ZHANG Yunhai，LIU Yongsheng，CAO Liyang， et al. Preparation and Analysis of Micro-holes in C/ SiC Composites and Ablation with a Continuous Wave Laser[J]. Journal of the European Ceramic Society，2021，41：176-184.

[6]GAVALDA D O，LUNA G G，LIAO Z， et al. The New Challenges of Machining Ceramic Matrix Composites（CMCs）：Review of Surface Integrity[J]. International Journal of Machine Tools amp;. Manufacture，2019，139：24-36.

[7]柳思成，李文生，侯安印，等.小規(guī)格C/SiC 復合材 料緊固件加工及力學性能研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā) 與創(chuàng)新，2021（6）：134-137. LIU Sicheng，LI Wensheng，HOU Anyin，et al. Study on the Processing Method and Mechanical Properties of the Small-size C/SiC Composite Fasteners[J]. Development amp;. Innovation of Machinery amp; Electrical Products， 2021（6）：134-137.

[8］SUN Guodong，TAN Zhiqiang，ZHANG Qing，et al.Influence of Si and SiC Coating on the Microstructures and Mechanical Properties of C/C Bolts [J].Materials，2023（16）：1785.

[9]PARK C I，WEI Y，HASSANI M，et al. Low Power Direct Laser-assisted Machining of Carbon Fibre-reinforced Polymer [J]. Manufacturing Letters，2019（22）：19-24.

[10]ZHOU Kun， XU Jiayu， XIAO Guijian，et al. A Novel Low-damage and Low-abrasive Wear Processing Method of Cf/SiC Ceramic Matrix Composites： Laser-induced Ablation-assisted Grinding [J]. Journal of Materials Processing Technology， 2022，302：117503.

[11] ZHANG Menghua， XIA Ziwen， SHAN Chenwei， et al.Analytical Model of Grinding Force for Ultrasonic-assisted Grinding of Cf/SiC Composites [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2023，126：2037-2052.

[12]XIONG Yifeng，LIU Cong，WANG Wenhu，et al. Assessment of Machined Surface for SiCf/SiC Ceramic Matrix Composite during Ultrasonic Vibra tion-assisted Milling-grinding[J]. Ceramics International，2023，49：5345-5356.

[13］WANG Dongpo，F(xiàn)AN Hongjie，XU Dong，et al. Research on Grinding Force of Ultrasonic Vibration assisted Grinding of C/SiC Composite Materials [J].Applied Sciences，2022（12） ：10352.

[14]WANG Yashuai，LI Jiangtao. Experimental Study

of the Removal Characteristics of C/SiC with Differ

entriber Structure ArrangementsIor 1W0- dimensional Ultrasound-assisted Grinding[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2024，131：3467-3485.

[15]CHEN Guangjun，XU Jinkai，WANG Jingdong， et al.Numerical and Experimental Study on the Amplitude Effect of Ultrasonic Vibration-assisted Milling of 3D Needle-punched Cf/SiC Composite [J].Ceramics International，2022，48（12）：17893- 17914.

[16］李繼成，陳廣俊，許金凱，等.C/SiC 復合材料激 光超聲復合微切削材料損傷機理與表面質(zhì)量研究 [J].機械工程學報，2024，60（9）：189-205. LI Jicheng，CHEN Guangjun，XU Jinkai，et al. Study on Material Damage Mechanism and Surface Quality of C/SiC Composites by Laser-ultrasonic Hybrid Micromachining[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering，2024，60（9）：189-205.

[17]安慶龍，李晗，陳杰，等.陶瓷基復合材料多能場 輔助高效低損傷銑削加工工藝[J].航空制造技 術(shù)，2023，66（14）：40-51. AN Qinglong，LI Han，CHEN Jie，et al. Multienergy Field Assisted High-efficiency and Low Damage Milling Process of Ceramic Matrix Composites[J].Aeronautical Manufacturing Technology，2023，66（14）：40-51.

[18]胡祥龍，譚時雨，潘成，等.細編穿刺C/C-SiC 復合 材料螺栓連接件的制備和力學性能研究[J].炭素， 2023（3）：1-7. HU Xianglong，TAN Shiyu，PAN Cheng，et al. Preparation and Mechanical Properties of Finely Braided and Punctured C/C-SiC Composite Bolted Joints[J].Carbon，2023（3）：1-7.

[19]CHEN Guangjun，WANG Jiaqi， XU Jinkai，et al. Effect of Forward and Reverse Cutting on Tool Wear Behavior in Ultrasonic Vibration-assisted Milling of 3D Needle-punched C/SiC Composites [J].Wear，2024，552：205454.

［20］房金銘，袁澤帥，王俊山，等.碳纖維增強陶瓷基 復合材料高溫拉伸性能研究[J].導彈與航天運載 技術(shù)，2022（4）：77-79. FANG Jinming， YUAN Zeshuai，WANG Junshan，et al. Comparison of Tensile Behavior of Plain-woven Carbon/Silicon Carbide Composites at Room Temperature and High Temperature [J]. Journal of Aeronautical Materials，2022（4） ：77-79.

[21]LI Lihua， ZHANG Chengyu， ZHANG Chen，et al.Compressive Strength and Damage Mechanisms of 2D-C/SiC Composites at High Temperatures [J]. Ceramics International，2018，44（12）：14026- 14031.

[22] SONG Zhuoyu，XIAOKaiyin，XIAO Shijian. etal. Effect of Porosity on the Tensile Strength and Micromechanisms of Laminated Stitched C/C-SiC Composites[J].Materialsamp;.Design，2024，247：113429.

（編輯袁興玲）

作者簡介;徐浩然，男，2000年生，碩士研究生。研究方向為陶瓷基復合材料切削加工技術(shù)。E-mail： xhr_email @ 163.com。

許金機\"（通信作者），男，1978年生.教授、博士研究生導師。研究方向為跨尺度微納機械制造技術(shù)，功能表面微納制造技術(shù)，跨尺度微納特種加工技術(shù)。E-mail：xujinkai2000@163.com.

本文引用格式：

徐浩然，王佳琦，于占江，等.C/SiC復合材料激光超聲復合切削螺紋缺陷控制及拉伸性能分析[J].中國機械工程，2025，36（4）;724-731.

XU Haoran， WANG Jiaqi，YU Zhanjiang， et al， Thread Defects Control and Tensile Property Analysis of C/SiC Composites by L. UHM[J]. China Mechanical Engineering，2025，36（4）：724-731.