دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
بررسی اثرات نانو تکنولوژی بر روی ساخت ابزار برش
چکیده
درک
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 کوچک
نداشته بلکه تمامی همت خودرا معطوف ساخت وساز در محدوده عادی ودر دسترس
نموده است. اما این روند که انسان تا به امروز دنبال میکرد،دیگر جواب گوی
نیاز بشر امروزی نیست وبرای حل مشکلی به بزرگی کوچک کردن اندازه در حد اتم،
به نانو تکنولوژی دست یافت. نانو تکنولوژی به هر حالت که در اندازه ی
اتمی ومولکولی انجام میگیرد اطلاق میشود. . مرسوم است که حیطه فناوری نانو
را بین 1/0 تا 100 نانومتر تعریف می کنند.
نانومتر
یک هزارم میکرون (میکرومتر) است که خود آن نیز یک هزارم میلیمتر می باشد.
در این تکنولوژی میتوان با اعمال کنترل کامل بر ساختار ماده ی فیزیکی در
سطوح اتمی ومولکولی، 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 بلکه 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 کاربرد 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
که در زمینه نانو تکنولوژی حاصل شده برخی ایده های خطرناک نیز شکل گرفته
اند ،مانند ساختن ماده ای به نامGray gooکه در صورت کنترل نکردن صحیح آن می
تواند در عرض هفتادودو ساعت تمامی جهان را احاطه کرده وباعث به وجود آمدن
ترس و واهمه در میان جوامع نسبت به نانو تکنولوژیست 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 خواهدکرد، 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، که آن را از انقلاب
های پیش از آن همچون اینترنت متمایز می سازد. .(تکامل کامپیوتر، نحوه طراحی
و مهندسی را متحول ساخته و ظاهر رقابت و مبارزه شرکتها را تغییر داده است
.با این حال، این رویدادهای خارق العاده، همگی به طور کلی از 25 سال قبل،
قابل پیشبینی بودند .در آن زمان دانشمندان به این حقیقت پی برده بودند که
هیچ مانع عمده ای بر سر راه ساخت یک کامپیوتر روی یک تراشه، وجود ندارد
.کافی بود مهارت مهندسی، پول و زمان کافی در اختیار داشتند تا شاهد تحقق
این انقلاب باشند .این پیشبینی از نظر مهندسی و اقتصادی منطقی بود .دلیلی
برای شکست آن وجود نداشت و تمام مراحل اصلی در این راستا، با تولید محصولات
تجاری، هزینه خود را تامین می کردند .همین موقعیت، وقوع این انقلاب را
اجتناب ناپذیر کرد.
علیرغم
نزدیک به دو دهه تحقیقات بنیادی، تحقیقات در زمینه نانوتکنولوژی هنوز در
مراحل ابتدایی قرار دارد. موقعیت کنونی نانوتکنولوژی مشابه جایگاه تکنولوژی
اطلاعات در سالهای 70-1960 و بیوتکنولوژی در اوایل سالهای 90-1980
می‌باشد. انقلاب اینترنت، اگرچه بواسطه یک فناوری نو پدید آمد، ولی می
توانستیم آن را عمدتا" از نقطه نظر بازارهای سنتی (مثل فروش محصولات به
مشتریان، تهیه مدارک و غیره) درک و ارزیابی نماییم. در حالی که، 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 که
کوچکتر یا مقاوم ترند می پردازد: ساخت چیزهایی کاملا" نو و یا دارای
ویژگیهای اضافی، یا تولید ماشین هایی که 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
شرکتهای 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 که
مصرف می کنیم، گرفته تا توان کامپیوترهایمان، منابع انرژی مورد نیازمان،
غذایی که می خوریم، ماشینی که می رانیم، خانه هایی که در آنها زندگی می
کنیم و لباسی که بر تن داریم.
مهمتر
آنکه، در هر زمینه ای که تصور تغییری را در آن داشته باشیم، تأثیرات جدیدی
نیز پدید خواهند آمد که کسی فکرشان را هم نمی کند چه چیز خاصی در کنترل
ماده در یک مقیاس کوچکتر وجود دارد؟ این همان جاییست که پاسخ ها پیچیده تر و
متنوع تر می شوند. یک نکته اساسی این است که فناوری نانو تنها مینیاتوری
کردن اشیا نیست. در مقیاس نانومتری، قوانین مختلف فیزیکی (فیزیک کوانتوم)
وارد صحنه می شوند ، ویژگیهای معمولی مواد تغییرکرده و رفتار سطوح رفته
رفته بر رفتار توده ای ماده غالب می گردد و قلمرو کاملا نوینی به رویمان
گشوده می شود. بعلاوه،، اساسا" ساخت مواد در مقیاس اتمی ویژگیهای آنها را
تغییر می دهد. در دو دهه اخیر، پیشرفتهای تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد
بسیار کوچک به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا
پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، 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
