SiC单晶以其优良的材料特性,在航空航天、大功率器件等领域的应用越来越广泛。但是,由于SiC单晶的硬度极高、脆性大,对其切削加工十分困难。近年来,国内外学者对玻璃、单晶硅等硬脆材料切削过程中材料的去除机理进行大量研究发现,当满足一定的切削参数时,材料去除表现为塑性去除,可以获得较好的加工表面。玻璃、单晶硅等硬脆材料塑性域的切削研究,为实现SiC单晶材料塑性域切削加工提供了理论支持。依据滑移系的塑性流理论和压痕塑性理论,分析了压痕下塑性变形的机理,且在此理论的基础上建立了划痕模型,得到载荷-深度的关系式。从切削过程材料去除能量方面分析了超声振动下SiC单晶切削过程塑脆转变的临界切削深度求解模型。建立了 AFM三棱锥形探针划痕载荷与深度的理论模型,在已知加载到探针上的载荷和材料屈服强度,就可计算出划痕深度。采用AFM、SEM对4H-SiC单晶片进行多次纳米划痕实验研究,当探针法向力依次从0μN线性增大到150μN的划痕过程中,有带状切屑的产生,为塑性去除;接近划痕终点的沟槽两侧出现块状切屑,为脆性去除。划痕过程中沟槽的深度是线性增大的,沟槽的深度与施加在探针针尖的法向力为线性关系。为了研究硬脆材料在微纳切削加工过程中塑脆转变的临界切削深度参数,自主设计了一套微纳划痕系统。采用微纳划痕系统、Leica DCM3D白光共聚焦显微镜等设备研究具有不同刀具角度、不同刀尖圆弧半径的金刚石刀具对4H-SiC单晶进行常规划痕和超声振动划痕。根据划痕表面形貌及切削法向力的变化,分析了 4H-SiC单晶切削过程材料去除形式以及刀具角度、刀尖圆弧半径、超声振动对4H-SiC单晶临界切削深度的影响。当金刚石刀具角度相同,4H-SiC单晶的塑脆转变临界切削深度随着刀尖圆弧半径增大而增大;当金刚石刀具的刀尖圆弧半径相同,4H-SiC单晶的塑脆转变临界切削深度随着刀具角度增大而增大;在相同划痕条件下,超声振动辅助划痕较常规划痕下有利于改善4H-SiC单晶划痕表面形貌、增大塑脆转变临界切削深度、减小切削法向力。