单晶碳化硅凭借其优异的物理和机械性能,在电子应用和航天、军工等极端领域中有着广泛的应用。磨削加工是单晶碳化硅精密加工的主要加工方式,而单颗磨粒加工过程的研究是深入探究磨削加工过程的前提条件。在磨削过程中,由于磨粒与工件的相互作用,磨粒被磨损乃至破碎,工件材料被去除,磨粒的形状发生较大的变化。在过去的研究中,磨粒的形状是影响材料去除过程的重要因素之一。为此,本文以金刚石磨粒和单晶碳化硅(SiC)为研究对象,通过单颗磨粒划擦实验的方法,分别采用单颗金刚石磨粒的<111>和<110>晶面划擦单晶SiC的碳(C)面和硅(Si)面,分析了金刚石磨粒<111>和<110>晶面的破损过程及典型破损形态,并对金刚石磨粒不同晶面的破损形态进行表征和检测,进一步剖析了金刚石磨粒的破损对单晶SiC材料去除机理的影响。最终,通过基于光滑粒子流体动力学(SPH)仿真的方法推演了关键破损量与划痕形貌的关键参数及划擦力的关系。本文的主要工作总结如下:(1)通过单颗磨粒划擦实验,对比分析金刚石磨粒的破损规律,并对金刚石磨粒特征参数进行表征,分析了金刚石磨粒<111>和<110>晶面的破损过程及每个破损过程所对应的典型形状。(2)采用三维视频显微镜观察不同破损形态的金刚石磨粒划擦单晶碳化硅后工件表面划痕的形貌,对划痕表面的裂纹、崩碎、划痕宽度进行对比分析;采用激光共聚焦检测划痕的深度以及材料的去除体积并进行对比分析。(3)对金刚石磨粒划擦单晶SiC材料的过程进行基于SPH法的三维动态仿真。仿真结果与实验结果可以较好地吻合。仿真结果表明金刚石的破损区域与金刚石的损伤情况基本一致。(4)通过仿真探究了划擦过程中金刚石磨粒关键破损量(破碎角度和切削刃长度)与单晶SiC材料的形貌关键参数及划擦力的关系,建立了金刚石磨粒与单晶碳化硅材料相互作用的模型。仿真结果表明:划擦过程中的划擦力随着磨粒角度的增加而变大,磨粒角度的变化对亚表面损伤深度无明显影响,划痕的宽度与磨粒角度呈负相关关系变化;划擦过程中的划擦力、工件亚表面损伤深度和划痕宽度均与切削刃长度呈负相关关系变化;金刚石磨粒切削刃长度的变化对材料去除过程的影响大于磨粒角度的影响。