納米技術(shù)讓模具業(yè)漸入佳境
發(fā)布時(shí)間:2011-02-14 10:00:45
納米粉體或粒子的制造是目前納米技術(shù)最為成功的商業(yè)化應(yīng)用,但事實(shí)上它并不是一個(gè)突破性的發(fā)明,而是利用過去傳統(tǒng)的微細(xì)加工技術(shù),然后引入納米概念,所創(chuàng)造出來的新技術(shù)概念。若要提到突破性、前瞻性的創(chuàng)新發(fā)明,納米零組件或納米機(jī)械設(shè)備或許更為貼切一些,在這一方面,科學(xué)家的早期的構(gòu)想是,利用具有人工智能的納米機(jī)器人,以實(shí)現(xiàn)納米產(chǎn)品自動(dòng)化、量產(chǎn)化的目標(biāo),也就是利用納米機(jī)器人,直接按照產(chǎn)品的形狀進(jìn)行原子或分子排列,從而實(shí)現(xiàn)無模生產(chǎn)方式。然而以目前的技術(shù)來說,雖然用來操控原子的裝置,如STM或AFM已發(fā)明出來并成功的應(yīng)用,但事實(shí)上它仍然是非常高難度的技術(shù),不但動(dòng)作流程復(fù)雜,且成本極高,目前的技術(shù)水準(zhǔn)仍只能用來堆積平面的圖案。論及納米已發(fā)明出來并成功的應(yīng)用,論及納米3D對象甚或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原子機(jī)器人,尚有一段很長的路要走。
既然以STM或納米機(jī)器人來生產(chǎn)是不切實(shí)際的想法,那是否有其它方式可以達(dá)到量產(chǎn)納米產(chǎn)品的目標(biāo)呢?最簡單的方法即是采用納米模具作為生產(chǎn)機(jī)具。
納米模具的定義納米模具的定義有兩種:
1、精度及尺寸達(dá)到納米級的模具,例如納米碳管、納米塑料模具;
2、利用表面處理,在模具表面被覆一層納米級鍍膜材料,以增強(qiáng)模具強(qiáng)度,減少磨損,延長使用壽命,這樣所得的模具亦可稱之為納米模具。不過,嚴(yán)格來說第一種定義較為貼切,第二種解釋則與一般的表面處理沒有多大差別。
納米碳管模具由日本NEC公司飯島澄男所發(fā)現(xiàn)的納米碳管(CNT),是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米級,軸向尺寸為微米級,故其長徑比很大,常達(dá)千倍以上)的一維納米材料,由于CNT具有很多優(yōu)異而獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性質(zhì),具有極大的應(yīng)用潛力,是目前世界各國爭相研究的重點(diǎn)材料之一。
由于CNT是中空的,且可以被“溶解”,因此適合作為納米模具的素材,這也是CNT的主要應(yīng)用之一。CNT模具利用諸如金等合適金屬灌滿碳管后,接著把碳層腐蝕掉,可以制作出使用在電子連接器上的納米導(dǎo)線和具有高速選擇性的“分子篩”。目前,利用CNT制得納米金屬線是最為可靠的方法。納米模具除了CNT以外,也可以采用極短波長的輻射波制成納米模具,并采用特殊加工制成精度達(dá)納米級的納米產(chǎn)品。日本利用該方法制成超微塑料模具,而后浸泡在電鍍液里,從電鍍液中析出金屬,然后在模具中形成精細(xì)零件,產(chǎn)品的精度可達(dá)30~50nm。
結(jié)合納米技術(shù)的模具根據(jù)納米模具定義的第二種解釋,其范疇非常廣泛。工模具一般需要承受高溫、高壓、高摩擦以及交變應(yīng)力和局部應(yīng)力集中作用,制程環(huán)境非常惡劣,因此模具常由于磨損、壓塌、裂紋、條紋、塑性變形、彎曲、折斷而失效報(bào)廢。利用納米技術(shù),運(yùn)用于工模具,可以有效排除造成模具報(bào)廢的原因,進(jìn)而提高模具壽命。
采用的具體方法有下列兩種:
1、在擠壓筒內(nèi)表面、模具工作帶等工模具易磨損處采用陶瓷納米復(fù)合薄膜材料被覆處理,納米薄膜的致密性和高強(qiáng)度性能既可提高工模具強(qiáng)度,又能抗磨損。
2、潤滑品質(zhì)的好壞,是模具是否失效的影響因素之一,尤其在難變形擠壓形(鈦合金、鋼鐵鈦合金、鋼鐵) ,沖壓等金屬成形技術(shù)中更是如此。如果在工模具內(nèi)表面涂布納米潤滑劑,可以大幅增強(qiáng)材料的可加工性。因?yàn)榧{米潤滑劑能夠承受高壓,在加工溫度范圍內(nèi)具有足夠的黏性和表面吸附能力、而且具有摩擦系數(shù)低(如碳60構(gòu)成的納米顆粒具 有自潤滑效應(yīng))、高溫穩(wěn)定性和抗腐蝕性高等優(yōu)點(diǎn)。
納米技術(shù)目前以及未來,均將致力于研究制造達(dá)到原子精度的納米結(jié)構(gòu)材料及產(chǎn)品,預(yù)料未來納米模具技術(shù)將有突破性的發(fā)展,研發(fā)出多種納米模具制造方法以及納米材料應(yīng)用于模具的處理技術(shù),甚至可能實(shí)現(xiàn)由納米機(jī)器人按照科學(xué)家所提出的納米設(shè)計(jì)路徑,快速且自動(dòng)進(jìn)行超精微產(chǎn)品加工,真正達(dá)到無模生產(chǎn)和超精微產(chǎn)品商業(yè)化的境界。
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