微机械及其微细加工技术

2011 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院学生所在学科:机械设计及理论学生姓名:杨嘉学号:10S008214学生类别:学术型考核结果阅卷人微细加工技术概述及其应用摘要微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。

本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。

关键词：微细加工；电火花；微铣削1微细加工技术简介及国内外研究成果1.1微细加工技术的概念微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。

在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。

广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。

从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。

微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。

目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。

微型结构零件的精细加工技术现代科技的急速发展推动着各种工业系统的进步与创新。

其中微型结构零件的加工技术则是一个成熟而重要的技术分支。

微型结构零件的加工是一门精细化的技术，需要高度的技术水平和创新能力。

今天我们将就微型结构零件的精细加工技术进行一番探讨。

一、微型结构零件的定义及应用领域微型结构零件是指尺寸在数微米至数十毫米之间、复杂程度高、几何形状丰富的零部件，其一般集成于微机电系统(MEMS)、微流体、微电子机械系统(NEMS)、集成光学系统、集成显微镜以及太赫兹系统等多个领域。

如MEMS是将微电子技术、机械工程技术、工艺技术、半导体技术和材料科学等多学科交叉的新兴技术领域，其在生命科学、医疗器械、工业机械、机器人、汽车、航空等领域中具有广泛应用前景。

相应的，微型组件在MEMS领域中迅速发展，其制造工艺也在不断改进。

二、微型结构零件加工的困难目前，微型结构零件的科学技术水平和制造工艺还处于探索和发展阶段，面临诸多挑战。

一方面，本身加工材料和结构参数的复杂度，一方面则是微型结构零件加工项目日益繁杂，多种重要的技术手段较为复杂，操作难度大，周期长，效果不尽人意。

整个过程中普遍存在的零件加工难度主要有以下几个方面：1.微型尺寸的制造精度要求很高由于零部件形状、大小、精度和表面结构等制造要求和实际应用的限制，微型结构零部件的制造难度较高。

2.缺乏优质辅助材料微型结构零件加工过程中不仅需要使用到稳定性高的机床和辅助设备，同时还需要使用到耐磨、耐高温、高强度等优质辅助材料，这样才能够在零件加工过程中保证零整件不出现误差和失真现象。

3.精细加工工程的全面规划微型结构零件加工流程的规划需要精心设计，严格实施，必须考虑到加工以及后续的一系列工序，包括缺陷检测、界面化处理、表面修整等。

三、微型结构零件加工的技术针对微型结构零件加工难题，近年来采用的微型加工技术不断发展进步。

常见的微小切削加工工艺技术有以下几种：1.喷射加工技术喷射加工技术是以高速流体为研磨剂进行微细加工，通常是将悬浮在液体介质中的磨料、气泡、固体颗粒等喷入加工区，对微型结构零件进行精细加工。

微机电系统及微细加工技术微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械结构、电子元器件和微处理器集成在一起的技术。

它利用微细加工技术来制造微小的机械设备和传感器，以实现对物理量、化学量和生物量的检测、测量和控制。

微机电系统的核心是微细加工技术，它是一种将传统的集成电路制造技术与微机械加工技术相结合的新技术。

通过微细加工技术，可以在硅基材料上制造出微小的机械结构和电子元器件，从而实现微机电系统的功能。

微机电系统的制造过程包括多个步骤，其中最关键的是光刻、薄膜沉积和蚀刻。

光刻是将光敏树脂涂覆在硅基材料上，并利用光刻机将图形投射到光敏树脂上，然后利用化学蚀刻将暴露在光下的部分去除，形成所需的结构。

薄膜沉积是将金属或者绝缘材料沉积在硅基材料上，用于制作电极、传感器等部件。

蚀刻是通过化学反应将硅基材料腐蚀，从而形成微小的结构。

微机电系统具有多种应用领域。

在生物医学领域，微机电系统可以用于制造微型传感器，实现对生物体内生理参数的监测。

在环境监测领域，微机电系统可以用于制造微型气体传感器，实现对空气中有害气体的检测。

在信息技术领域，微机电系统可以用于制造微型显示器和微摄像头，实现信息显示和图像采集。

此外，微机电系统还可以应用于汽车行业、航空航天领域和工业控制领域等。

微机电系统在实际应用中面临着一些挑战。

首先，微机电系统的制造过程非常复杂，需要高度精确的设备和工艺控制，制造成本较高。

其次，微机电系统的性能和可靠性受到环境和温度的影响，需要进行合理的封装和温度补偿。

最后，微机电系统的集成度和功耗也是一个挑战，需要在保证性能的同时尽量减小尺寸和功耗。

微机电系统是一种基于微细加工技术的新型集成技术，具有广泛的应用前景。

随着微细加工技术的不断发展和改进，微机电系统将在多个领域发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。

微细加工技术的发展与应用随着科技的不断发展，微细加工技术成为现代工业中不可或缺的一部分。

微细加工技术是指对微小物体进行加工的技术，通常用于制造那些需要高精度或者微小尺寸的零件、设备和器件。

微细加工技术的应用范围非常广泛，包括微型机器人、光学器件、医疗器械、生物传感器等领域。

本文将探讨微细加工技术的发展历程、应用和未来发展趋势。

一、微细加工技术的发展历程微细加工技术源远流长。

在过去的几百年间，人们使用了各种手工工具和机械设备进行微细加工。

例如，19世纪英国人约瑟夫·温斯洛在1822年发明了摆线拖动齿轮切削机，实现了金属齿轮的精细加工。

这一技术被广泛应用于英国的纺织工业，并为工业革命的发展做出了贡献。

20世纪初，随着电气工程和电子学的发展，半导体器件的出现推动了微细加工技术的发展。

1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利发明了第一个晶体管，奠定了现代电子工业的基础。

从此以后，微细加工技术得到了巨大的发展，出现了各种各样的微细加工工具和设备。

例如，扫描电子显微镜可以对微小物体进行高分辨率成像和表征，电子束光刻机可以用来制造半导体芯片、具有纳米尺度精度的纳米定位台可以用来进行精细的纳米加工等等。

二、微细加工技术的应用微细加工技术已经广泛应用于多个领域。

以下是一些例子：1. 光学器件光学器件包括激光器、光开关、波导器、光电探测器等。

微细加工技术可以提供高精度和可重复加工，适用于制造这些器件的需求。

例如，电子束光刻机已经被广泛应用于制造半导体激光器和光子晶体器件。

2. 医学器械微细加工技术可以用于制造医学器械，例如微型手术器械和医用传感器。

这些器械需要高精度和微小尺寸，以减少对患者的创伤和疼痛。

微细加工技术可以提供这些要求。

3. 生物传感器生物传感器利用生物体内的化学反应或者生物特性来检测生物分子和细胞。

微细加工技术可以用于制造这些传感器。

例如，电子束光刻机可以用来制造生物芯片，这些芯片可以用于生命科学研究和医学诊断。

综述微细加工的主要技术和特点一、微细加工近几年展望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。

微细加工技术的产生和发展一方面是加工技术自身发展的必然，同时也是新兴的微型机械技术发展对加工技术需求的促进。

超精加工在20世纪的科技发展中做出了巨大的贡献。

东京工业大学的谷口纪男教授首先提出了纳米技术术语，明确提出以纳米精度为超精密加工的奋斗目标。

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。