金属加工机械制造业关键技术分析——超精密加工技术

１．技术概要机械制造技术在提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，其精度从微米级提高到亚微米级，乃至纳米级。就目前的加工技术而言，超精密加工技术是为了获得零件加工的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度均优于亚微米级的综合技术措施，并向纳米级加工发展。纳米级加工是指零件加工的尺寸精度、形状精度和表面粗糙均为纳米级（＜１０nm，即＜０．０１μm）。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨（机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等）以及超精密特种加工（电子束、离子…     

欢迎赐稿Frontiers of Mechanical Engineering(机械工程前沿)“超精密加工”专栏

<正>20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代初,其最高加工尺寸精度已可达10纳米级,表面粗糙度达1纳米,加工的最小尺寸达1微米,正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。出于航天、国防等尖端技术发展的需要,超精密加工技术主要用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人     

加强我国精密、超精密加工技术的研究与发展

精密、超精密加工技术在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用。并且随着科学技术的发展,机械加工所能达到的精度也有很大的提高。因此,精密、超精密加工的概念范围也在发生变化。现在国内外文献中谈论的精密、超精密加工,几乎都是指微米级(形状尺寸误差为3～0.3μm,表面粗糙度为 Ra 0.3～0.03μm)、亚微米级(精度为0.3～0.03μm,粗糙度为 Ra 0.03～0.005μm)和纳米级(误差小于0.03μm,粗糙度值小于 Ra 0.005μm)精度的加工。人们常把微米级精度加工称为精密加工,而亚微级和纳米级精度加工则称为超精密加工。为了…     

第5届国际加工技术进展会议征文

由北京航空航天大学和日本精密工学会主办、北京理工大学和中国高校切削及先进制造技术研究会等协办的本届会议将于２０００年９月１６～２０日在北京召开。本会议前身是国际切削与磨削进展会议（ＩＣＰＣＧ）,会议论文曾被ＩＳＴＰ、ＣＣＰ、ＳＴＡＲ、Ａ－ＩＡＡ、ＪＩＣＳＴ、ＪＳＴ,以及中国机械工程文献光盘库选录。本届大会将与国际制造技术会议（ＩＣＭＴ）联合举行。征文内容：新材料的加工;新型刀具材料和磨具;切削液;精密加工、微米级、纳米级加工;高速加工;各种磨削加工;非传统加工方法;新型机床及新型刀具;加工过程监…     

纳米加工和材料去除机理研究

针对钠米技术、微型机械在未来工程应用中对纳米级加工的要求,提出将扫描探针显微镜的技术和原理应用于纳米机械加工过程,实现纳米量级加工的可控性和加工结果的可观察性。给出了采用该方法进行纳米切削加工的试验结果,表明这一方法具有稳定、可靠的微加工性能。观察结果显示了材料去除加工的微观过程,被去除材料在刃前发生剪切变形前,与之约成90°的前刀面方向上切屑已充分变形。     

国内外超精密加工技术与机床的发展状况

1 前言 超精密加工是指亚微米级和纳米级精度的加工.超精密加工主要包括3个领域:(1)超精密切削加工,如金刚石刀具的超精密切削,各种镜面及激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工.     

晶体材料纳米切削加工机理的研究

正纳米加工技术已成为国家科学技术发展水平的重要标志,国防战略发展和纳米级高精度、高质量、低损伤尖端产品的迫切需求,促进了纳米加工技术的快速发展。在纳米尺度,理解材料的变形、去除机理对于加工高质量的微纳器件至关重要,多晶材料作为制造微纳器件的主体,具有晶粒尺寸较小、大比例晶界和缺陷结构极少的特征,但目前对于多晶材料的去除机理仍缺乏研究基础和理论依据。纳米加工实验由于研究对象尺寸达到纳米量级,存在加工过程中材料的组织结构变化及缺陷演化难以动态观测和控制,可重复性差等问题,使之难以获得满意结果。从而科学计算和计算机仿真技术成为研究纳米加工     

“十五”计划纲要部分名词解释

１．深亚微米集成电路 通常把０．８－０．３５ μｍ称为亚微米,０．２５ μｍ及其以下称为深亚微米,０．０５ μｍ及其以下称为纳米级。深亚微米制造的关键技术主要包括紫外光刻技术。等离子体刻蚀技术、离子注入技术、同互连技术等。目前,国际上集成电路的主流生产工艺技术为０．１８－０．２５ μｍ,预计２００６年主流加工技术将提高到０．１ μｍ,２０１２年将达到０．０５ μｍ,进入纳米级。 ２．生物技术 运用分子生物学、细胞生物学、生物化学、生物物理学、生物信息学等手段,研究、设计、改造生命系统,以改良乃至创造新的…     

《2018-2019机械工程学科发展报告(机械制造)》——机械制造学科标志性研究进展

正在精密与超精密加工领域,清华大学路新春等建立了大尺寸表面纳米级平坦化的加工原理与方法,发明了系列大尺寸超薄硅片纳米级无损伤抛光关键技术,研制开发出12英寸"干进干出"化学机械抛光(CMP)装备与成套工艺,实现了IC制造大尺寸晶圆表面的纳米级平坦化及纳米级缺陷控制。整体技术达到国际先进水平,已在中芯国际等企业实现批量应用,打破了国外高端微电子超精密抛光装备长期垄断的局面。     

纳米科学和技术的新进展

介绍纳米科技几个主要方面的最新研究进展 :纳米级精度的测量 ;扫描隧道显微镜和原子力显微镜 ;超精密加工和原子级加工 ;纳米材料 ;微型机械和微型机电系统 ;微型机械的制造等     

纳米技术及其在微型机械中的应用

纳米技术及微型机械被认为是２１世纪的核心技术。文中介绍了纳米技术及微型机械的基本概念及纳米加工技术、纳米材料技术、纳米摩擦学等纳米技术在微型机械中的应用。     

微纳制造技术文献计量分析

对微纳制造技术领域2000-2010年时间段的SCI和EI文献计量分析,结果显示,近年来该领域的研究呈现出增长趋势,美国在微纳制造领域的研究处于绝对领先的地位.SCI文献分析表明,纳米尺度的制造技术、微米尺度的制造技术、微机电系统、微流体、微加工等是近年来研究的热点领域;EI分析则显示,光刻技术、微加工、微机电器件、纳米结构材料、扫描电子显微镜等是研究的热点.     

3140型压阻式微硅加速度计测试与分析

微型加速度计作为一种新型惯性传感器,它在体积、重量、成本、功耗、可靠性和寿命方面都具有传统加速计无可比拟的优势,３１４０型压阻式微硅加速度计是美国ＩＣＳｅｎｓｏｒｓ公司的产品。文中介绍了它的结构设计和工作原理,并对其重要性能参数进行了测试和分析。     

微/纳机电系统

微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）是微米／纳米技术的重要组成部分。MEMS已在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段，分析了微／纳机电系统的发展特点，简要地介绍了典型的MEMS和NEMS器件及系统后，讨论了MEMS和NEMS发展中的几个问题以及它们的发展前景。     

Nano液相色谱系统及其在生化分析中的应用

介绍了新发展的UltiMate^TM系列Nano液相色谱技术的原理，仪器配置及在生化分析中的应用实例。     

Engineering surface and development of a new DNA micro array chip

This paper proposes a new concept of the ‘engineering surface’, which extends the conventional idea of a functional surface by combining it with micro/nano manufacturing technology. Characteristic features and possibilities of the engineering surface are discussed in detail. This paper reviews studies on micro/nano fabrication technologies for advanced materials and evaluation technology for surface function. New fabrication technologies, micro machining and nano forming, are introduced, which will be basic manufacturing processes of the engineering surface. Also, a new surface evaluation technique is introduced for the surface energy of the nano fabricated surface. Design of a new DNA micro array chip is introduced as an example of applications of the engineering surface. Controllability of surface property by nano fabrication is studied.     

纳米级金属粉改善润滑油摩擦性能的研究

在MPX200实验机上考察了粒径为20～30hm的铜粉和锡粉加入Q030润滑油后的摩擦性能,结果表明该铜粉能够提高Q030润滑油的极压性能,而将铜粉和锡粉一起加入该润滑油则效果更佳。     

纳米材料的发展及其在涂料上的应用

纳米技术正在创造一个新的人类环境。它具备有奇特而优异的性能。它的成果正在广泛应用于各个领域中．纳米科技在涂料中应用也是相当广泛的。经过纳米改性后的涂料具有新的特性与优势,促使涂料更新换代,为涂料成为真正意义的绿色环保产品开创了突破性的新纪元.     

微机械研究新进展

介绍了近三五年内国际上微机械研究的新进展,阐述新的微加工技术,趋向于探讨高纵横比的真三维立体结构;适用于聚合物和金属材料的制造方法;报道了压电型和电磁型微小电机的研制水平以及一些初见成效的微机械作品。认为国外正在进行多途径的研究,并为努力攻克微机械固有的特殊技术难点而在不懈奋斗之中。     

Free surface transition and momentum augmentation of liquid flow in Micro/Nano-scale channels with hydrophobic and hydrophilic surfaces

We propose a novel micro/nano-scale nozzle structure, featuring an interfacial line between the hydrophilic and the hydrophobic surfaces for a jetting system, such as an inkjet head or electrospray devices. This research will investigate the impact of the interfacial line on flow instability and momentum augmentation as the liquid meniscus moves across the line. The research methods used in this paper, in respect to micro-and nano-scale channels, are computational fluid dynamics (CFD) and non-equilibrium molecular dynamics (MD), respectively. With the growing interest in micro/nano electromechanical systems (MEMS/NEMS), many studies have been conducted to develop an advanced micro/nanofluidic system. However, until now, there have been few in-depth studies on passive flow control in micro and nano nozzles using the hydrophilic and hydrophobic surface characteristics. In this research, the sequential arrangement of hydrophilic and hydrophobic surfaces in the nozzle is presented along with an investigation into how flow instability and momentum augmentation are going to be applied to an efficient micro/nano jetting system. When a liquid meniscus arrives at the interfacial line between hydrophilic and hydrophobic surfaces, the meniscus shape changes from concave to convex and the fluid motion near the wall stops until the concave shape is fully converted. Because the momentum should be conserved, the lost momentum near the wall transfers to the center region, and therefore the liquid at the center region is accelerated as it crosses the line. If we use this nozzle structure and the augmentation of the momentum near the center, a tiny droplet can be easily generated. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Haecheon Choi Doyoung Byun received the B.S., M.S, and Ph.D. degrees in school of mechanical and aerospace engineering from the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Taejon, Korea, in 1994, 1996, and 2000, respectively. From 2000 to 2002, he was in the Korea Institute of Science and Technology Evaluation and Planning as a Senior Researcher. In 2003, he joined the faculty of the School of Mechanical and Aerospace Engineering, Konkuk University, Seoul, Korea. His current research topics are development of electrohydrodynamic inkjet head, microfluidic devices, and biomimetic robot systems. His research interests include microfluidics, MEMS, and biomimetics.