含有奈米顆粒,材料將硬且堅實

含有奈米顆粒,材料將硬且堅實

當一材料擁有奈米粒子結構,將較同類一般材質更為堅固,硬度也更高。現有一新技術可確保奈米微晶結構在生產過程中能保持完好無損。


鋁材體輕但易曲折,經奈米處理後,將呈現出完全不同的質地,除了更加堅固外也更為密實,為理想的耐高溫引擎螺絲材料。


該材質也相當適用於輕巧的零件,因原材料愈堅固,零件可設計的更輕薄。上述種種特性當歸因於材料內部細緻的結晶結構,其體積遠小於一般的材質,故亦名為”微晶結構”(microcrystalline structures)。


欲將奈米材料加工製成工具或零組件之過程所帶來的挑戰相當大,不論壓製成型或連接之製造過程往往皆需將材料加溫,然此一步驟將造成結晶體積膨脹,而使其結構變大。簡言之,溫度一旦升高,材料即失掉奈米特性。德國Frauenhofer應用科學研究所IFAM(位於德勒斯登)有鑑於此,已挺身而出迎接此一挑戰,據該研究所之企劃經理Dr. Ronny Leuschner表示:”我們的目標為,在零件整個製造過程中保留材料之微晶結構。為達到此一目的,研究人員已專為生產擁有奈米結構之鋁材及其他材料成立一特別技術鏈。


“首先我們將生產一特殊鋁合金,讓該合金之熔體急速降溫,此處係採用一特殊研發之噴器將熔體倒入一旋轉中之水冷式滾軸,藉”熔融紡絲技術”(melt spinning),有如速凍,一旦熔體接觸滾軸即迅速降溫凝固,產生大小一致,薄僅數微米的絲體或薄片;該系統之優點在於可同時處理數公斤的原料,並可承受攝氏1,700度的高溫。”


一旦這些薄片凝固,即可壓製成型。在此階段,奈米微晶的結構仍須維持不變,這時研究人員所運用的技術為 ”放電等離子燒結法” (Spark Plasma Sintering): 換言之,壓製內部之高頻電流脈衝會將材料在極短時間內緊壓而保留其微晶結構。


上述技術之應用可由體輕、堅固且抗腐銹之鋁材零件直到貯藏氫氣、能源製造、熱電材料以及電機等方面,適用範圍可謂相當廣。