纳米氧化锆陶瓷作为典型的硬脆材料,因具有良好的物理特性与力学性能被广泛应用于国防与生活中。由于脆性材料的高硬度、低韧性特点,对其加工过程中极易在工件表面及亚表面带来损伤,影响表面质量及使用寿命。超声磨削加工是将普通磨削方法与超声振动复合的一种特种加工方式,因具有磨削力小、磨削温度低、加工表面质量好等优点,在硬脆材料的精密超精密加工中得到了广泛应用。本文主要研究了普通磨削、轴向超声磨削和切向超声磨削三种磨削方式下,纳米氧化锆陶瓷表面及亚表面微观特性。为此进行了以下工作:(1)根据超声磨削动力学特性,以单颗磨粒为研究对象,对轴向超声磨削和切向超声磨削的运动轨迹、切削特性及受力状态进行了理论分析。(2)分别对纳米氧化锆陶瓷进行普通刻划、轴向超声刻划、切向超声刻划试验,分析了加工工艺参数对三种刻划形式下刻划力和划痕沟槽形貌的影响趋势。结果表明,切削深度对刻划力和划痕形貌影响最大,随着切削深度的增大,三种刻划形式下工件刻划力均显著增大;超声振动的引入使得工件所受法向力明显减小,切向力和轴向力因超声振动方向的不同,有着不同的变化趋势;轴向超声刻划沟槽最宽,普通刻划次之,切向超声刻划沟槽最窄;切向超声刻划沟槽由于瞬时切深跳动较大,沟槽底部最不光滑;普通刻划时,划痕表面脆性断裂比例最大,出现了大块儿脱落现象。(3)根据压痕断裂力学理论,分析了硬脆材料表面粗糙度与亚表面损伤深度的关系,建立了三种磨削方式下的亚表面损伤深度模型,并进一步分析了加工工艺参数对亚表面损伤深度的影响。(4)分别对纳米氧化锆陶瓷进行了普通磨削、轴向超声磨削、切向超声磨削试验,研究了不同磨削形式下工艺参数对表面粗糙度和亚表面损伤深度的影响规律。结果表明,随着切削深度的增大,表面粗糙度和亚表面损伤深度均显著增大;与普通磨削相比,轴向超声磨削表面粗糙度降低了约20%~35%,最大亚表面裂纹深度降低了约60~75%;切向超声磨削表面粗糙度降低了约10%~20%,最大亚表面裂纹深度降低了约10%~20%。