微细加工微细加工或微小件加工是指对小型工件进行的加工。微细加工通常用在医疗器械领域和电子领域。由微细加工工艺生产的零件通常需要用显微镜来观察。微细加工一般在专门进行微小件或精密加工的车间进行。 编辑摘要微细加工技术是精密加工技术的一个分支,面向微细加工的电加工技术,激光微孔加工、水射流微细切割技术等等在发展国民经济,振兴我国国防事业等发面都有非常重要的意义,这一领域的发展对未来的国民经济、科学技术等将产生巨大影响,先进国家纷纷将之列为未来关键技术之一并扩大投资和加强基础研究与开发。所以我们有理由有必要加快这一领域的发展和开发进程。 微小尺寸和一般尺寸加工是不同的,其不同点主要表现在以下几个方面: 1、精度的表示方法 在微小尺寸加工时,由于加工尺寸很小,精度就必须用尺寸的绝对值来表示,即用取出的一块材料的大小来表示,从而引入加工单位尺寸的概念。 2、微观机理 以切削加工为例,从工件的角度来讲,一般加工和微细加工的最大区别是切屑的大小。一般为金属材料是由微细的晶粒组成,晶粒直径为数微米到数百微米。一般加工时,吃刀量较大,可以忽略晶粒的大小,而作为一个连续体来看待,因此可见一般加工和微细加工的机理是不同的。 3、加工特征 微细加工和超微细加工以分离或结合原子、分子为加工对象,以电子束、技工束、粒子束为加工基础,采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。 在超精密加工技术领域起步最早和技术领先的国家是美国,其次是日本和欧洲的一些国家。美国超精密加工技术的发展得到了政府和军方的财政支持,近年,美国执行了"微米和纳米级技术"国家关键技术计划,国防部陆、海、空三军组成了特别委员会,统一协调研究工作。美国至少有30多个厂家和研究单位研制和生产各种超精密加工机床,国家劳伦斯.利佛摩尔实验室、联合碳化物公司、摩尔公司、杜邦公司等在国际上均久负盛名。美国最早研制了能加工硬脆材料的6轴数控超精密研磨抛光机;联合碳化物公司开发了直径为800mm的非球面光学零件的超精密加工机床;劳伦斯.利佛摩尔实验室还开发了能加工陶瓷、硬质合金、玻璃和塑料等难加工材料的超精密切削机床,在半导体工业、航空工业和医疗器械工业中投入使用;珀金-埃尔默等公司用超精密加工技术加工各种军用红外零部件。 日本对超精密技术的发展也十分重视,70年代初,日本成立了超精密加工技术委员会,制定了技术发展规划,成为此项技术发展速度最快的国家。日本现有20多家超精密加工机床研制公司,重点开发民用产品所需的加工设备并力图使设备系列化,成批生产了多品种商品化的超精密加工机床。在超精密切削技术发展比较成熟后,日本已将黑色金属、陶瓷和半导体功能材料的超精密加工技术作为重要的研究开发项目。日本的研究创新意识强,不是单纯地模仿国外的做法,而是积极地利用外国技术并结合本国特点和生存环境,走出了一条自己的发展道路。 欧洲等国也将超精密加工技术的发展放在重要位置,60年代起英国开始研究超精密加工技术,克兰菲尔德大学精密工程研究所相继研制出能加工大型非球面反射镜的数控金刚石立式车床、加工大型非对称结构光学零件的数控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工艺。现已成立了国家纳米技术战略委员会,正在执行国家纳米技术研究计划。德国和瑞士也有比较强的超精密加工能力。1992年后,欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划,加强和推动超精密加工技术的发展。超精密车削、磨削和研磨是已经发展成熟并大量应用的加工技术。日本开发了外圆和平面等多种类型的研磨机,美国也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨机。 另外,国外还大力发展了超精密抛光技术,以获得高的表面质量。美、日、英等国投入了大量资金和人力开发了离子束抛光工艺,以加工高精度的光学器件。美国还研制了边抛光边测量的离子束抛光机,抛光非球面镜的精度达λ/50。纳米级制造技术是超精密加工技术的顶峰,其研究需要有雄厚的技术基础和丰厚的物质条件,美国、日本和英国正在进行一些研究项目,包括聚焦电子束曝光、准分子激光蚀刻和扫描隧道显微镜纳米加工技术等。聚焦电子束曝光可通过计算机控制绘制出任意形状的图形,而且不损伤材料。准分子激光束通过与被加工材料表面起直接反应进行蚀刻,没有对加工部位的照射损伤和放电破坏,可达到纳米级的蚀刻精度。扫描隧道显微镜技术是利用扫描隧道显微镜探针的尖端俘获单个原子或单个分子,并向被加工表面传输,或者从被加工表面剥离单个或成团的原子和分子,从而形成所需的纳米级结构。美国和日本都已掌握了此项技术,在金属晶体或非金属晶体表面制造出了单个原子宽的线条和图形。该技术的显著优点是可适应多种加工环境,在高真空中、空气中、金属有机物气体中或溶液中都能在硅、砷化镓等电子材料、石英、陶瓷、金属和非金属材料上加工出纳米级的线条和图形,为航空微电子元器件和微机电系统的发展提供了技术支持。 最早开发的复合超精密加工技术是超精密振动金刚石刀具切削工艺,美国宇航动力集团采用该工艺加工了激光陀螺玻璃腔体,日本加工了平面和圆度达0.1μm的柱形零件。近年来,复合超精密加工技术更有了长足发展,日本理化研究所开发的在线电解修整复合磨削技术,能高效磨削球面、非球面和平面透镜等高硬度和高脆性电子和光学材料的功能零件,以及塑性金属零件,尺寸和形状精度达亚微米,表面粗糙度达纳米级。如:采用该技术加工镀膜SiC材料的球面、非球面和平面透镜等光学零件,直径100mm、曲率半径2000mm的球面透镜磨削后的形状精度为0.2μm,表面粗糙度值为Ra0.0076μm;200mm×200 mm的平面透镜磨削后,在Φ150mm范围内测量的平面度为0.6μm,表面粗糙度值为Ra0.006μm。等离子化学气化加工和流体抛光技术也是目前国外开发的比较实用的加工技术,主要针对电子和光电等功能材料零件的超精密加工,可加工出任意形状的零件。 目前,采用等离子化学气化加工技术已制成了纳米级精度和表面无缺陷的非球面透镜,加工效率接近于机械加工的水平。采用流体抛光技术可获得深度均匀的矩形窄缝、有抛物线形相交截面的半圆柱体。超精密加工技术在发达国家已有近40年的发展历史,其生命力不仅在于包括航空技术在内的高科技发展对它的需求,而且在于它综合利用了高科技进步的成果,更重要的是在利用这些成果的基础上有所创新,将其以新颖的构思巧妙地加以重组不断获得新的设备和工艺技术,模块式超精密加工机床的诞生和复合超精密加工技术的出现就是很好的例证。 1、中药精细加工(气流粉碎技术) 气流粉碎是高速碰撞与密闭粉碎,物料间彼此碰撞的概率大,粉尘也无泄漏。粉碎是中药材加工和中药制剂生产工艺中的重要环节。中药自古就有"水飞"、"挫"、"捣"等精细加工方法,其主要应用对象是矿物药、贵重药和具有特殊性质的中药,但处理量极少。我国现有中药加工传统工艺采用锤击式、球磨式、万能磨粉式、流能式截切式、滚筒式多种粉碎机械,由于粉碎方式不同,对于粉末的粒度、出粉率、以及有效成分的保存等方面都有一定局限,且采用非密闭制粉,造成粉尘泄漏大,收粉率不高,对于具有特殊性质的物料如热敏性、低融点、成分易破坏药材的处理,以及提高收粉率方面仍未得到根本的解决。气流粉碎机的发展为中药的精细加工提供了可靠的保证。最新一代的CF系列流化床式气流粉碎机是在消化吸收国内外同类设备的技术的基础上产生的,集世界上先进的多喷管技术、流化床技术、卧式分级技术于一身,实现了流场多元化、料层液态化与分级卧式化的优化体系,体现了气动技术应用于超细粉碎和分级工艺中的最新成果。为该技术应用于中药的精细加工提供了技术保证。 2、激光微细加工系统 激光微细加工系统可对塑料、玻璃、陶瓷及金属薄膜等多种材料进行加工,精度可以做到微米级。其产品广泛应用于半导体及微电子加工、生物医疗器械生产、计算机制造业、MEMS、MST、电子通讯等各个领域。系统组成包括有:激光器、光路系统、调节平台、控制器,能满足您不同的加工要求。同时为您提供从紫外到红外(Excimer、Solid state、CO2)广泛光谱范围内的激光材料处理技术。 3、飞秒激光超微细加工 (femtosecond laser micro machining) 飞秒激光用于超微细加工是飞秒激光用于超快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒 激光技术的重要的应用研究领域。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加 工与先进的制造技术紧密相关,对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。用激光超短脉冲进行材料处理(或加工)不仅可以改进现有激光材料微加工的不足之处,而且还可以完成传统激光加工无法做到的事情。飞秒激光能够具备极高的三维光子密度,对种材料实现逐层、微量加工;飞秒激光加工的热影响区域(Heat affected zone)极小,并且不存在长脉冲激光或连续激光加工中的等离子体屏蔽效应,这就使得其能量利用效率和加工精度都非常之高。当用飞秒激光加工透明介质材料时,加工过程不受材料本身的线性吸收系数的影响,同时,对材料表面或内部的缺陷不敏感。此外,从光和物质相互作用的角度来看,飞秒激光加工涉及的主要是多光子电离的过程,在机理上不同于传统激光加工。因此,飞秒激光进行微加工有固定的加工阈值,加工和不加工有着明显的区分,因此加工过程重复性好。可以预计飞秒激光超微细加工技术在微电子、生物芯片和新型材料等科学技术领域中都将有广泛应用。飞秒激光超微细加工中的“加工”二字具有广义性。它可以是对物质在原子、分子水平上的操纵(manipulation),或者是对物质在微小区域内某些重要属性的改变与处理(processing),而并非只是通常人们所理解的“机械加工”。飞秒激光超微细加工不仅具有通常基础应用研究的特征,而且涉及到激光物理、原子分子物理、激光束光学、材料科学、热动力学、等离子体物理、流体气体力学等广泛知识,属于跨学科的研究。飞秒激光超微细加工往往是在极小的空间、极短的时间和极端的物理条件下对物质进行加工的。可以说,“超微”与“超快”的组合是飞秒激光超微细加工的独特之处。一定强度的飞秒激光可以用于对任何材料的精细加工,从金刚石到生物透析膜,从烈性炸药到MEMs器件等都有实验结果报道 4、“龙芯2号” “龙芯2号”是国家“863”计划和中国科学院知识创新工程共同支持的重大项目,其目标是在2004年中期,用0.18微米的工艺,实现主频500MHz、SPEC CPU 2000测试分值超过300的64位通用CPU芯片。SPEC分值的指标意味着这款芯片的实际性能与1GHz的奔腾4差不多,是龙芯1号实测性能的10-15倍。为了达到这个目标,龙芯2号采用了先进的四发射超标量体系结构(即每个时钟周期可以同时执行4条指令)、5个强大的功能部件、乱序执行机制、动态存储访问机制及更大的片上高速缓存。在具体实现方面,龙芯2号逐步采用全定制的设计技术,并通过多次流片,不断验证新的功能,不断提高时钟频率和实际性能。 5、基因芯片技术 基因芯片技术是近年来快速发展的高技术领域前沿热门课题。国内急需且市场前景看好的生物芯片制作和生物芯片检测关键仪器有——激光共聚焦生物芯片扫描仪和CCD生物芯片检测仪CCD生物芯片扫描仪利用CCD摄像原理的图象检测系统,具有结构简单、体积小、检测速度快、成本低。主要关键技术及创新点为:提高CCD接收灵敏度和降低噪声技术;提高CCD动态响应技术;多波长激发光源、聚焦、准直和滤波技术;氙灯光源控制技术;照明均匀性控制技术;图象平滑滤波、自适应背景确定、样品斑点识别、数据提取、存贮和显示技术。 激光共聚焦生物芯片扫描仪采用激光作激发光源,采用PMT检测荧光信号,因而具有较高的灵敏度,可以完成较大面积的扫描,并且具有很高的分辨率。主要关键技术及创新点为:不同波长多个激发激光器系统应用设计和光束缩小、定向技术;激光窄带滤光片设计、镀膜制备技术,高灵敏度荧光分子探测技术,高精度快速扫描技术,整机控制和智能界面操作技术;数据判读、处理和显示软件技术。 6、i线深度刻蚀曝光光刻机 i线深度刻蚀曝光光刻机在微电子、微光学、微机械系统、红外器件、准LIGA及声表面波等器件的研制和生产中都有应用前景。该机在深度光刻中具有突出特色,采用1000W大功率汞灯照明电源系统,采用球气浮自动调平调焦技术及高倍率双视显微镜与CCD图像对准技术。控制系统采用压电陶瓷自动闭环精确设定曝光间隙,自动分离对准间隙,具备接触和绝对不接触曝光方式和定时、定剂量两种曝光剂量设定功能。采用特殊蝇眼透镜平滑衍射效应提高光刻分辨率等先进技术。光刻分辨率达0.8μm-1μm,线条侧壁陡度达85°,对深层光刻线条高宽比,孤立线条可达60:1,等间距线条优于20:1。具有分辨力高、套刻准、线条陡直、线条高宽比大、曝光速度快等特点。 如果进入微观世界,能够捕获一个或多个单原子,然后让它们重新排列组合,那么就会导致物质本身发生某些变化,而这些变化将会对未来许多领域,及人类生活产生巨大影响。例如,我们把组成水分子的氢和氧分开,二者都是可以燃烧的。小的分子,只有足球体积的几亿分之一,用机械方法,几乎是不可能捉住它,分子又是由原子组成的,操纵一个原子,就更难了,而光可以做到这一点。一束极细的激光,产生光子流,其动量转移给物体,形成光压,再通过适当的光场分布,可以把那种极小的原子俘获在一定的位置,并可方便把移动它。实际上这就实现了对原子的操作。 控制原子或分子的手段叫光镊,对分子原子进行切割雕刻使用的是光刀。一种材料通过改变它的分子结构及原子排列取向,进而形成新布局,那么,它的性能就会发生很大变化,这样未来我们所制造出来的电子器件,与现在相比,其功能相同,而体积则要小多少万倍。 在以后的几十年,随着原子尺度加工技术不断完善和提高,就会出现多种单原子器件和新型分子材料,如果把它们用制造机器人,最小型的就可以爬进人的血管,进行各种各样的治疗手术。同样,用来制造卫星,卫星的体积,也会大大减少,到那时人类可能一次发射成千上万颗用于各方面的卫星,而到目前为止,人类在以往几十年间,一共才把几千颗卫星送上天。通过科学分析和计算,改变了原子分子结构的新型材料,具有更高的强度,更轻的重量,更好的绝热和耐高温性能,在空间领域,用来做太空船的外壳,引擎或其它方面,太空船会变得更轻、更快,能够承受更为恶劣的环境,它会带着人类走的更远,会征服更多的星球。在日常生活中,我们所看到的,用激光刻录的光盘,已经可以储存较多的信息了,但这只是一种新的输入方式,而光盘本身做为一种材料,容量还是有限的,如增加它的原子分子密度和改变它们取向,那么未来就可以把现在成千上万强光盘的信息,放进象手表大小的空间里。一座大型图书馆全部书籍可容进一张光盘内,你拥有了这张光盘,就拥有了一座图书馆。 在生物领域,各种各样的原子和分子,以它特有的方式组合在一起,由此产生了世界万物,如果利用光镊光刀,把生命体的某些原子取出,然后,按照科学规律,重新组合,会出现什么样的结果,科学乐观的预测,这样就有可能创造出具有生命力的新物质,而它的存在形成,与我们常见的动物、植物和生物会有所不同。同样,利用光刀光镊,修复DNA和某些有缺陷的遗传基因,从而可以克服困扰人类的多种顽症。 21世纪,人类进入微观世界。在原子分子尺度上,对物质进行操作和加工,无疑会展现出一种相当美好的前景,并引起各方面的广泛重视。 1、概念 微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。 其主要特点有:体积小(特征尺寸范围为:1μm-10mm)、重量轻、耗能低、性能稳定;有利于大批量生产,降低生产成本;惯性小、谐振频率高、响应时间短;集约高技术成果,附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积,其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统,开辟一个新技术领域,形成批量化产业。微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展早是与大规模集成电路密切相关的,集成电路要求在微小面积的半导体上能容纳更多的电子元件,以形成功能复杂而完善的电路。电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志,微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄模图形的先进制造技术。 目前微型加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工和体加工工艺,上世纪八十年代中期以后在LIGA加工(微型铸模电镀工艺)、准LIGA加工,超微细加工、微细电火花加工(EDM)、等离子束加工、电子束加工、快速原型制造(RPM)以及键合技术等微细加工工艺方面取得相当大的进展。微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合,将使种类繁多的微型器件问世,这些微器件采用大批量集成制造,价格低廉,将广泛地应用于人类生活众多领域。可以预料,在本世纪内,微型机械将逐步从实验室走向适用化,对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。微细机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域,其发展不仅可带动许多相关学科的发展,更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。微型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。 2、国外发展现状 1959年,RichardPFeynman(1965年诺贝尔物理奖获得者)就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世,气候开发出尺寸为50~500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年,斯坦福大学研制出硅脑电极探针,后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~12μm的利用硅微型静电机,显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。 微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等学校与研究机构的高度重视。美国MIT、Berkeley、Stanford\\AT&T和的15名科学家在上世纪八十年代末提出"小机器、大机遇:关于新兴领域--微动力学的报告"的国家建议书,声称"由于微动力学(微系统)在美国的紧迫性,应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面",建议中央财政预支费用为五年5000万美元,得到美国领导机构重视,连续大力投资,并把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。 美国宇航局投资1亿美元着手研制"发现号微型卫星",美国国家科学基金会把MEMS作为一个新崛起的研究领域制定了资助微型电子机械系统的研究的计划,从1998年开始,资助MIT,加州大学等8所大学和贝尔实验室从事这一领域的研究与开发,年资助额从100万、200万加到1993年的500万美元。1994年发布的《美国国防部技术计划》报告,把MEMS列为关键技术项目。美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和军事应用,现已建成一条MEMS标准工艺线以促进新型元件/装置的研究与开发。美国工业主要致力于传感器、位移传感器、应变仪和加速度表等传感器有关领域的研究。很多机构参加了微型机械系统的研究,如康奈尔大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康星大学、老伦兹得莫尔国家研究等。加州大学伯克利传感器和执行器中心(BSAC)得到国防部和十几家公司资助1500万元后,建立了1115m2研究开发MEMS的超净实验室。 日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型大型研究计划,研制两台样机,一台用于医疗、进入人体进行诊断和微型手术,另一台用于工业,对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该计划有筑波大学、东京工业大学、东北大学、早稻田大学和富士通研究所等几十家单位参加。 欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资,德国自1988年开始微加工十年计划项目,其科技部于1990~1993年拨款4万马克支持"微系统计划"研究,并把微系统列为本世纪初科技发展的重点,德国首创的LIGA工艺,为MEMS的发展提供了新的技术手段,并已成为三维结构制作的优选工艺。法国1993年启动的7000万法郎的"微系统与技术"项目。欧共体组成"多功能微系统研究网络NEXUS",联合协调46个研究所的研究。瑞士在其传统的钟表制造行业和小型精密机械工业的基础上也投入了MEMS的开发工作,1992年投资为1000万美元。英国政府也制订了纳米科学计划。在机械、光学、电子学等领域列出8个项目进行研究与开发。为了加强欧洲开发MEMS的力量,一些欧洲公司已组成MEMS开发集团。 目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来,例如:尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红血球,尺寸为7mm×7mm×2mm的微型泵流量可达250μl/min能开动的汽车,在磁场中飞行的机器蝴蝶,以及集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微型惯性组合(mimu)。德国创造了LIGA工艺,制成了悬臂梁、执行机构以及微型泵、微型喷嘴、湿度、流量传感器以及多种光学器件。美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的1mm的微梁,控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器(机械部分)和集成电路(电信号源、放大器、信号处理和正检正电路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范围内。日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5μm的微细轴。 3、中国现状 我国在科技部、国家自然基金委,教育部和总装备部的资助下,一直在跟踪国外的微型机械研究,积极开展MEMS的研究。现有的微电子设备和同步加速器为微系统提供了基本条件,微细驱动器和微型机器人的开发早已列入国家863高技术计划及攀登计划B中。已有近40个研究小组,取得了以下一些研究成果。广东工业大学与日本筑波大学合作,开展了生物和医用微型机器人的研究,已研制出一维、二维联动压电陶瓷驱动器,其位移范围为10μm×10μm;位移分辨率为0.01μm,精度为0.1μm,正在研制6自由度微型机器人;长春光学精密机器研究所研制出直径为Φ3mm的压电电机、电磁电机、微测试仪器和微操作系统。上海冶金研究所研制出了微电机、多晶硅梁结构、微泵与阀。上海交通大学研制出Φ2mm的电磁电机,南开大学开展了微型机器人控制技术的研究等。 我国有很多机构对多种微型机械加工的方法开展了相应的研究,已奠定了一定的加工基础,能进行硅平面加工和体硅加工、LIGA加工、微细电火花加工及立体光刻造型法加工等。 4、技术发展趋势 微型机械加工技术的发展刚刚经历了十几年,在加工技术不断发展的同时发展了一批微小器件和系统,显示了巨大生命力。作为大批量生产的微型机械产品,将以其价格低廉和优良性能赢得市场,在生物工程、化学、微分析、光学、国防、航天、工业控制、医疗、通讯及信息处理、农业和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景。当前,作为大批量生产的微型机械产品如微型压力传感器、微细加速度计和喷墨打印头已经占领了巨大市场。目前市场上以流体调节与控制的微机电系统为主,其次为压力传感器和惯性传感器。1995年全球微型机械的销售额为15亿美元,有人预计到2002年,相关产品值将达到400亿美元。显然微型机械及其加工技术有着巨大的市场和经济效益。 微型机械是一门交叉科学,和它相关的每一技术的发展都会促使微型机械的发展。随着微电子学、材料学、信息学等的不断发展,微型机械具备了更好的发展基础。由于其巨大的应用前景和经济效益以及政府、企业的重视,微型机械发展必将有更大的飞跃。新原理、新功能、新结构体系的微传感器、微执行器和系统将不断出现,并可嵌入大的机械设备,提高自动化和智能水平。 微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术,也必将有一个大的发展。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工正向着更复杂、更高深度适合各种要求的材料特性和表面特性的微结构以及制作不同材料特别是功能材料微结构、更易于与电路集成的方向发展,多种加工技术结合也是其重要方向。微型机械在设计方面正向着进行结构和工艺设计的同时实现器件和系统的特性分析和评价的设计系统的实现方向发展,引入虚拟现实技术。 我国在微型加工技术发展的优先发展领域是生物学、环境监控、航空航天、工业与国防等领域,建设好几个有世界先进水平的微型机械研究开发基地,同时亦重视微观尺度上的新物理现象和新效应的研究,加速我国微型机械的研究与开发,迎接二十一世纪技术与产业革命的挑战。 微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域,面临许多课题,涉及许多关键技术。当一个系统的特征尺寸达到微米级和纳米级时,将会产生许多新的科学问题。例如随着尺寸的减少,表面积与体积之比增加,表面力学、表面物理效应将起主导作用,传统的设计和分析方法将不再适用。为摩擦学、微热力这等问题在微系统中将至关重要。微系统尺度效应研究将有助于微系统的创新。 微型机械不是传统机械直接微型化,它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面,都与传统机械截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。 在微系统的研究工作方面,一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应,微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术,其中包括微型机械设计微细加工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。 1、微系统设计技术 结构和零件的微型化是技术领域的发展趋势之一,开发经济上可行的微细加工技术对于微型技术的发展有重要意义。目前,产业化的微细制造技术主要用在半导体工业,它们仅仅对大批量生产是经济的;在印刷制版术行业里使用的微细制造技术对所加工的几何形状及所能加工的材料又有很大的局限性。与这两种制造技术比较,微细切削加工可以弥补上述的缺点,因此,开发微细切削技术是微细制造技术的新领域。 2、钢是未来微细切削技术加工的对象 3、用磨削加工硬而脆的材料 随着微纳米科学技术的进步,产品不断向微型化方向发展。特徵尺寸为微米级的微机电系统应用越来越广,进而推动了微细加工技术的快速发展。 3、微型模具加工技术发展快速种类繁多 3)电子束光刻技术 7)微细磨削 |
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