纳米技术在模具上的应用

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    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，但事实上它仍然是非常高难度的技术，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，研发出多种纳米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。