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纳米模具技术让模具业渐入佳境

纳米模具技术让模具业渐入佳境 2011年12月03日 来源： 纳米粉体或粒子的制造是目前纳米技术最为成功的商业化应用，但事实上它并不是一个突破性的发明，而是利用过去传统的微细加工技术，然后引入纳米概念，所创造出来的新技术概念。若要提到突破性、前瞻性的创新发明，纳米零组件或纳米机械设备或许更为贴切一些，在这一方面，科学家的早期的构想是，利用具有人工智能的纳米机器人，以实现纳米产品自动化、量产化的目标，也就是利用纳米机器人，直接按照产品的形状进行原子或分子排列，从而实现无模生产方式。然而以目前的技术来说，虽然用来操控原子的装置，如STM或AFM已发明出来并成功的应用，但事实上它仍然昭非常高难度的技术，不但动作流程复杂，且成本极高，目前的技术水准仍只能用来堆积平面的图案。论及纳米已发明出来并成功的应用，论及纳米3D对象甚或结构复杂的原子机器人，尚有一段很长的路要走。既然以STM或纳米机器人来生产是不切实际的想法，那是否有其它方式可以达到量产纳米产品的目标呢？最简单的方法即是采用纳米模具作为生产机具纳米模具的定义纳米模具的定义有两种：1、精度及尺寸达到纳米级的模具，例如纳米碳管、纳米塑料模具；2、利用表面处理，在模具表面被覆一层纳米级镀膜材料，以增强模具强度，减少磨损，延长使用寿命，这样所得的模具亦可称之为纳米模具。不过，严格来说第一种定义较为贴切，第二种解释则与一般的表面处理没有多大差别。纳米碳管模具由日本NEC公司饭岛澄男所发现的纳米碳管（CNT），是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，故其长径比很大，常达千倍以上）的一维纳米材料，由于CNT具有很多优异而独特的光学、电学和机械性质，具有极大的应用潜力，是目前世界各国争相研究的重点材料之一。由于CNT是中空的，且可以被“溶解”，因此适合作为纳米模具的素材，这也是CNT的主要应用之一。CNT模具利用诸如金等合适金属灌满碳管后，接着把碳层腐蚀掉，可以制作出使用在电子连接器上的纳米导线和具有高速选择性的“分子筛”。目前，利用CNT制得纳米金属线是最为可靠的方法。纳米模具除了CNT以外，也可以采用极短波长的辐射波制成纳米模具，并采用特殊加工制成精度达纳米级的纳米产品。日本利用该方法制成超微塑料模具，而后浸泡在电镀液里，从电镀液中析出金属，然后在模具中形成精细零件，产品的精度可达30～50nm。结合纳米技术的模具根据纳米模具定义的第二种解释，其范畴非常广泛。工模具一般需要承受高温、高压、高摩擦以及交变应力和局部应力集中作用，制程环境非常恶劣，因此模具常由于磨损、压塌、裂纹、条纹、塑性变形、弯曲、折断而失效报废。利用纳米技术，运用于工模具，可以有效排除造成模具报废的原因，进而提高模具寿命。采用的具体方法有下列两种：1、在挤压筒内表面、模具工作带等工模具易磨损处采用陶瓷纳米复合薄膜材料被覆处理，纳米薄膜的致密性和高强度性能既可提高工模具强度，又能抗磨损。2、润滑品质的好坏，是模具是否失效的影响因素之一，尤其在难变形挤压形(钛合金、钢铁钛合金、钢铁)，冲压等金属成形技术中更是如此。如果在工模具内表面涂布纳米润滑剂，可以大幅增强材料的可加工性。因为纳米润滑剂能够承受高压，在加工温度范围内具有足够的黏性和表面吸附能力、而且具有摩擦系数低(如碳60构成的纳米颗粒具有自润滑效应)、高温稳定性和抗腐蚀性高等优点。纳米技术目前以及未来，均将致力于研究制造达到原子精度的纳米结构材料及产品，预料未来纳米模具技术将有突破性的发展，研发出多种模具制造方法以及纳米材料应用于模具的处理技术，甚至可能实现由纳米机器人按照科学家所提出的纳米设计路径，快速且自动进行超精微产品加工，真正达到无模生产和超精微产品商业化的境界。(end)

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