بررسی اثرات نانو تکنولوژی بر روی ساخت ابزار برش

کارشناسی ارشد
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک بررسی اثرات نانو تکنولوژی بر روی ساخت ابزار برش چكیده درك ماهیت مواد و چگونگی ساختار آنها همیشه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. بشر در ابتدای تاریخ توجهی به ساختار های خیلی بزرگ ویا خیلی كوچك نداشته بلكه تمامی همت خودرا معطوف ساخت وساز در محدوده عادی ودر دسترس نموده است. اما این روند كه انسان تا به امروز دنبال میكرد،دیگر جواب گوی نیاز بشر امروزی نیست وبرای حل مشكلی به بزرگی كوچك كردن اندازه در حد اتم، به نانو تكنولوژی دست یافت. نانو تكنولوژی به هر حالت كه در اندازه ی اتمی ومولكولی انجام میگیرد اطلاق میشود. . مرسوم است كه حیطه فناوری نانو را بین 1/0 تا 100 نانومتر تعریف می كنند. نانومتر یك هزارم میكرون (میكرومتر) است كه خود آن نیز یك هزارم میلیمتر می باشد. در این تكنولوژی میتوان با اعمال كنترل كامل بر ساختار ماده ی فیزیكی در سطوح اتمی ومولكولی، به مواد جدید دست یافت. فن آوری نانو نقطه همگرایی علوم مختلف در آینده است. .برای آشنایی بیشتر با این فن آوری و درک عمیق تر پدیده های گوناگونی که در ابعاد نانو متر روی میدهد و در نتیجه تحلیل دقیق نتایج و اصلاح اصولی روش های آزمایش، باید علوم پایه ای نظیر فیزیک کوانتوم و مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد مورد مطالعه قرار بگیرند. نانوتکنولوژی، فناوری جدید است که تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیقتر نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بلكه همه آینده است. در این نوشتار بعد از تعریف نانوتکنولوژی و بیان کاربردهای آن دلایل و ضرورتهای توجه به این فناوری آورده شده و سپس سعی شده است كاربرد های این فن آوری در پوشش دهی آلیاژها و به خصوص پوشش دهی ابزار برش به منظور بهبود خواص انها در صنعت مورد بررسی قرار گیرد، ضمن اینکه بهتر است بدانیم به موزات پیشرفتهای شگرفی كه در زمینه نانو تکنولوژی حاصل شده برخی ایده های خطرناك نیز شكل گرفته اند ،مانند ساختن ماده ای به نامGray gooكه در صورت كنترل نكردن صحیح آن می تواند در عرض هفتادودو ساعت تمامی جهان را احاطه كرده وباعث به وجود آمدن ترس و واهمه در میان جوامع نسبت به نانو تكنولوژیست ها واهدافشان شود. کلمات کلیدی: ابزار برش نانو پوشش نانو تکنولوژی اثرات نانو تکنولوژی بر روی ساخت ابزار برش مقدمه فناوری نانو جهان را دگرگون خواهدكرد، این را دانشمندان به ما می گویند با این وجود تنها معدودی از دانشمندان، از آنچه در حیطه فناوری نانو می گنجد و نیز چگونگی دستیابی فناوری نانو به این پدیده های شگفت انگیز اطلاع دارند. جنبه مهمی از فناوری نانو در اعماق این سراسیمگی است، كه آن را از انقلاب های پیش از آن همچون اینترنت متمایز می سازد. .(تكامل كامپیوتر، نحوه طراحی و مهندسی را متحول ساخته و ظاهر رقابت و مبارزه شركتها را تغییر داده است .با این حال، این رویدادهای خارق العاده، همگی به طور كلی از 25 سال قبل، قابل پیشبینی بودند .در آن زمان دانشمندان به این حقیقت پی برده بودند كه هیچ مانع عمده ای بر سر راه ساخت یك كامپیوتر روی یك تراشه، وجود ندارد .كافی بود مهارت مهندسی، پول و زمان كافی در اختیار داشتند تا شاهد تحقق این انقلاب باشند .این پیشبینی از نظر مهندسی و اقتصادی منطقی بود .دلیلی برای شكست آن وجود نداشت و تمام مراحل اصلی در این راستا، با تولید محصولات تجاری، هزینه خود را تامین می كردند .همین موقعیت، وقوع این انقلاب را اجتناب ناپذیر كرد. علیرغم نزدیك به دو دهه تحقیقات بنیادی، تحقیقات در زمینه نانوتكنولوژی هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد. موقعیت كنونی نانوتكنولوژی مشابه جایگاه تكنولوژی اطلاعات در سالهای 70-1960 و بیوتكنولوژی در اوایل سالهای 90-1980 می‌باشد. انقلاب اینترنت، اگرچه بواسطه یك فناوری نو پدید آمد، ولی می توانستیم آن را عمدتا" از نقطه نظر بازارهای سنتی (مثل فروش محصولات به مشتریان، تهیه مدارك و غیره) درك و ارزیابی نماییم. در حالی كه، خود فناوری نیز در فناوری نانو اهمیت می یابد. نانو تکنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانو تکنولوژی شکل‌ دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانو تکنولوژی در الکترونیک ، زیست ‌شناسی ، ژنتیک ، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده می‌شود. فناوری نانو به ساخت چیزهایی كه كوچكتر یا مقاوم ترند می پردازد: ساخت چیزهایی كاملا" نو و یا دارای ویژگیهای اضافی، یا تولید ماشین هایی كه به تولید نمونه ای جدید از خود منجرخواهند شد. برای ارزیابی مؤثر قابلیت این فناوری و بازارش، به فهم دقیقی از آن نیاز است. همینطور دید ما باید جهانی باشد، چه دولت ها و شركتهای بسیاری در سراسر جهان در حال سرمایه گذاری در این زمینه اند و در چندین قاره، تحقیقات بصورت پرشتاب در جریان است. بصورت ساده، فناوری نانو تقریبا" همه چیز زندگی ما را تحت تأثیر قرار خواهد داد، از داروهایی كه مصرف می كنیم، گرفته تا توان كامپیوترهایمان، منابع انرژی مورد نیازمان، غذایی كه می خوریم، ماشینی كه می رانیم، خانه هایی كه در آنها زندگی می كنیم و لباسی كه بر تن داریم. مهمتر آنكه، در هر زمینه ای كه تصور تغییری را در آن داشته باشیم، تأثیرات جدیدی نیز پدید خواهند آمد كه كسی فكرشان را هم نمی كند چه چیز خاصی در كنترل ماده در یك مقیاس كوچكتر وجود دارد؟ این همان جاییست كه پاسخ ها پیچیده تر و متنوع تر می شوند. یك نكته اساسی این است كه فناوری نانو تنها مینیاتوری كردن اشیا نیست. در مقیاس نانومتری، قوانین مختلف فیزیكی (فیزیك كوانتوم) وارد صحنه می شوند ، ویژگیهای معمولی مواد تغییركرده و رفتار سطوح رفته رفته بر رفتار توده ای ماده غالب می گردد و قلمرو كاملا نوینی به رویمان گشوده می شود. بعلاوه،، اساسا" ساخت مواد در مقیاس اتمی ویژگیهای آنها را تغییر می دهد. در دو دهه اخیر، پیشرفتهای تكنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار كوچك به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده كه تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد كرد ، پیش می رود . فهرست چکیده.1 فصل اول- مفاهیم نانو تکنولوژی...........................2 بخش اول...............................3 1-1- مقدمه...........................3 بخش دوم.............................12 1-2- نانو تکنولوژی چیست؟12 1-2-1- چرا مقیاس نانو اینقدر مهم است؟...............12 1-2-2- سر منشا ایده فن آوری نانو.........................15 1-2-3- مشاهیر دنیا در زمینه علم نانو تکنولوژی......18 1-2-4- روش های ساخت در فن آوری نانو...........19 1-2-5- رویکرد فن آوری نانو در مورد رشته ها......20 1-2-6- برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری نانو.......21 1-2-7- نانو یک علم است یا تکنولوژی؟...............22 1-2-8- نگاهی به وضعیت جهانی نان تکنولوژی.....23 بخش سوم............................25 1-3- نانو تکنولوژی و کاربرد های آن.....................25 1-3-1- تولید مواد و فرآورده های صنعتی..............26 1-3-2- پزشکی،داروسازی و مراقبت های بهداشتی26 1-3-3- الکترونیک و کامپیوتر...............................28 1-3-4- منابع طبیعی و محیط زیست.......................29 1-3-5- انرژی.....................31 1-3-6- ابزارهای نظامی و امنیت ملی......................31 بخش چهارم.........................38 1-4- عناصر پایه...................38 1-4-1- درآمدی بر نانو ذرات................................38 1-4-2- متداولترین نانو ذرات.................................44 بخش پنجم...........................49 1-5- نانو پوشش ها..............49 1-5-1- مقدمه.....................49 1-5-2- پوشش چیست؟......50 1-5-3- نانو پوشش ها..........53 1-5-4- مرور کلی پوشش ها و نانو پوشش ها.........69 فصل دوم- آشنایی با جنس ابزار برش...................70 مقدمه.71 بخش اول.............................72 2-1- ابزارهای آهنی............72 2-1-1- ابزار فولاد کربنی....72 2-1-2- فولاد های تند بر.....73 بخش دوم.............................77 2-2- ابزار های کاربیدی سمانته..............................77 بخش سوم............................79 2-3- گروه های ابزارهای کاربایدی........................79 2-3-1- گروه تنگستن کارباید- کبالت...................79 2-3-2- گروه تنگستن کارباید آلیاژ شده................80 2-3-3- کارباید های ریز دانه..................................84 2-3-4- کارباید های ریخته گری...........................85 بخش چهارم.........................86 2-4- تیتانیم کارباید ها و تیتانیم نیتراید ها................86 بخش پنجم...........................87 2-5- سرمت ها.....................87 2-5-1- سرمت های بدون پوشش...........................87 2-5-2- سرمت های پوشش دار..............................87 بخش ششم...........................88 2-6- سرامیک ها.................88 2-6-1- سرامیک های خالص.................................89 2-6-2- سرامیک های ترکیبی................................89 2-6-3- سرامیک های سیلیکون نیترایدی................89 2-6-4- سرامیک های پوشش دار...........................90 بخش هفتم............................91 2-7- الماسه ها.....................91 2-7-1- الماسه های پلی کریستالی..........................92 2-7-2- کارباید با پوشش الماسه به صورت CVD ..................................92 بخش هشتم..........................94 2-8- CBN ها....................94 بخش نهم.............................96 2-9- شرکت Sandvic ....96 2-9-1- کارباید های پوشش دار............................96 2-9-2- کارباید های بدون پوشش........................101 فصل سوم- بررسی اثرات نانو تکنولوژی بر روی ساخت ابزار برش.......104 مقدمه.................................105 3-1- فرسایش در ابزارهای برش...........................106 3-1-1- انواع معیار های شکست..........................106 مقاله(1)- خصوصیات ابزار برش با پوشش الماس نانو کریستال................112 چکیده...............................112 مقدمه.................................112 جزئیات آزمایش................113 نتایج و مباحث...................114 نتیجه گیری........................115 مـقـالـه(2)- مـاشـیـن کـاری(تـراشکـاری) نـیمه قـائم(semi orthogonal) فلز سخت با ابزار PCD والماس CVD در زوایای برش مختلف..............120 چکیده...............................120 مقدمه................................120 موارد آزمایشی..................121 نتایج و مباحث...................122 نتیجه گیری.......................126 مـقـالـه(3)- ابـزار پـوششی الـماس بـه صورتCVD در سـاخـتار هـای مـیکـرو و نـانـو کـریستـال در تراشکاری گرافیت به صورت EDM................131 چکیده...............................131 مقدمه................................131 فرآیند تجربی....................132 نتایج و مباحث...................134 نتیجه گیری.......................137 مـقـالـه(4)- سـایش لایـه لایـه ای در ابـزار هـای بـرش بــا پـوشش نــانـو الـمـاس در مـاشـین کـاری کامپوزیت.......................142 فرآیند های تجربی............141 نتایج..................................143 نتیجه گیری.......................145 مـقـالـه(5)- رفتـار اصطکـاک مـربـوط بـه تـک لایـه هـای ایـجاد شده در اثـر رسوب بخار به صورت شیمیایی(CVD) روی ویفر سیلیکونی...............150 مقدمه................................150 اصطکاک در مقیاس میکرو.................................150 نتیجه گیری.......................153 مراجع............................161