超精密加工与纳米

纳⽶级、亚微级、微⽶级加⼯的概念
亚微⽶是⼀个尺度范围，通常100nm-1000nm（1um）范围内都叫亚微⽶。

纳⽶级？什么概念？
先来看下⾯⼏组换算：
1微⽶=0.001毫⽶
1纳⽶=0.001微⽶=0.000001毫⽶
1纳⽶等于0.001微⽶ 1微⽶等于0.001毫⽶ 1毫⽶等于0.1厘⽶
1 ⽶（m）=100厘⽶= 1000毫⽶（mm）
1毫⽶（mm）=1000微⽶（µm）
1 微⽶(µm）= 1000纳⽶（nm）
纳⽶如同厘⽶、分⽶和⽶⼀样，是长度的度量单位。

相当于4倍原⼦⼤⼩，⽐单个细菌的长度还要⼩。

单个细菌微⽣物⽤⾁眼是根本看不到的，⽤显微镜测直径⼤约是五微⽶，也就是五千纳⽶。

我们知道普通加⼯的精度⼀般在10100µm，精密加⼯精度在310µm，⾼精密加⼯精度在0.1~3µm，⽽精度要求⾼于0.1µm的属于超精密加⼯的精度。

今天就为⼤家带来了纳⽶级、亚微⽶级、微⽶级的各种超精加⼯。

车辆工程技术90机械电子1　超精密加工的技术范畴 在工业的加工领域当中，通常情况下按照加工的精度来划分的话，可以将机械加工一般可以分为三类，分别是：一般加工、精密加工和超精密加工。

随着生产技术的飞速发展，关于加工精度的划分标准也在随着时间的发展而变化，加工的进程也会随之而向前推移，可能过去的精密加工已经沦落为现今社会当中的一半加工的程度了。

因此，可以知道这个划分界限并不是一定的，它是会随着科学技术的发展而提高的，毕竟在如今的数据记录当中并没有主体的数值限制。

超精密加工的环境是在机床设备上进行的，利用刀具与零件之间产生的具有严格约束性的相对运动，从而达到加工出精度超高的产品，接着需要对加工好的材料进行相应的摩擦和去除毛刺，从而获得高形状、高精度的零件。

一般在学术界领域，超精度加工的加工精度通常在0.1μm 以上的，其表面的粗糙度也都是低于0.025μm的。

近年来，随着纳米技术的兴起，超精密加工目前已经进入纳米级精度阶段，逐渐的出现了纳米加工及其相关联的纳米技术。

经过近年来对纳米技术的使用和完善，这项技术已经逐渐的走向成熟，形成了一整套的超精密加工体系，其中包含了超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工以及超精密计量等等，慢慢的向更高层次进行突破。

但是影响超精密加工的因素很多，目前只有在现有的基础上，经过研究和采用各种各样新型的技术、并且能够在各个方面融入这些新型技术，真正做到精益求精，达到更高的精度，才能突破传统加工模式的加工精度的界限。

实际上超精密的加工技术就是超精度切削、磨削和细微加工技术的综合应用。

2　超精密加工的关键技术2.1　主轴 目前阶段，在超精密加工机床的使用过程中，使用最高精度的主轴是空气静压轴承主轴，就我国制作出来的磁悬浮列车的轴承也远远达不到空气静压轴承主轴的加工精度，因此磁悬浮列车至今为止还是需要利用空气轴承。

就目前的超精密加工技术而言，空气静压轴承主轴的精度可以达到0.05μm，国内已经达到了这个加工精度的水平，然而国外甚至可以达到0.03μm，即使已经达到了如此精确的加工精度，却依旧不能满足纳米加工技术对于主轴的加工精度要求。

超精密加工技术的发展现状超精密加工技术的发展现状，哎呀，真是个让人觉得又神奇又复杂的话题啊！咱们得先了解一下超精密加工是什么。

它其实就是用极高的精度来加工材料，想想看，能把东西做到这么精准，真是令人叹为观止。

现在的制造业可离不开它，尤其是在航空、医疗、电子这些领域，越是高端的东西，越离不开超精密加工。

想象一下，微米级别的加工，那得多细腻啊！说真的，这技术的发展，真的是让人感觉到科技的力量。

在这过程中，咱们得提到几项关键技术，比如说光刻、超声波加工，还有激光加工。

光刻技术可谓是个“大明星”，在芯片制造中大显身手，像是在细致的画布上作画，光线勾勒出无数精致的图案。

超声波加工呢，哎，别小看它，利用声波的振动来加工，能把很多材料轻松处理掉，真是个“小帮手”。

激光加工嘛，嘿，那可是一把双刃剑，精准又快速，火花四溅的场景让人忍不住想为它点赞。

不过，话说回来，技术再先进，也得面对一些挑战。

比如说，成本问题。

超精密加工的设备可不是白菜价，维护保养更是个大开销。

这让很多小企业在这条路上犹豫不决，真是让人心疼。

材料的选择也非常重要，有些材料在超精密加工中表现得特别好，而有些则像个“死胖子”，怎么都弄不动。

为了追求更好的效果，研究人员们可是费尽心思，真是“煞费苦心”啊。

还有就是人才的培养。

这方面可不能马虎，超精密加工需要的人才既要有理论知识，又要有丰富的实践经验。

现在的大学里，很多学校已经开始设置相关课程，目的就是希望能培养出更多的技术人才，未来可得靠他们“撑门面”呢。

真心希望越来越多的人能加入这个行业，给我们带来更多的惊喜。

说到应用，超精密加工的舞台可大了！像航天器、手术刀、手机的内部零件等等，几乎无处不在。

你看看，航天器上那些复杂的零部件，没有超精密加工，恐怕就飞不起来了！还有手术刀，医生可不能用个普通的刀子，精细的切口直接关系到手术的成功与否，这可是关乎生命的大事啊！而手机的微小零件，哪个能离开超精密加工的加持？所以说，这技术的重要性，不用多说，大家都懂。

1纳米是一根头发丝直径的8万分之一，而小于1纳米则被称为亚纳米——这是国防科大精密工程创新团队在超精密光学零件加工中创造的“中国精度”，有力支撑了“超大规模集成电路制造装备与成套工艺”等3个国家重大科技专项创新突破，3年来为国家创造直接经济效益20多亿元。

近日，该校研制两种超精抛光装备通过国家重大科技专项验收。

超精密加工是以高精度为目标的先进制造技术，纳米精度被誉为超精密加工技术皇冠上的明珠，西方发达国家将其视为战略资源，严格限制出口。

面对中国光学零件制造水平的窘境，国防科大精密工程创新团队在李圣怡教授率领下，跳过一、二代光学零件制造加工技术，直接瞄准基于可控柔体制造的第三代光学加工方法开展攻关，在国内首次研制出拥有自主知识产权的磁流变、离子束两种超精抛光装备，创造了中国光学
零件加工亚纳米的“中国精度”奇迹，使中国光学自动化加工技术及工艺一跃进入世界先进水平，成为继美、德之后第三个掌握高精度光学零件制造加工技术的国家，也是目前世界上唯一同时具有磁流变和离子束抛光装备研发能力的国家。

近3年来，该团队与中科院、中国航天科技集团、中国航空工业集团等合作，推动中国空间光学、高端装备制造发展，自主研制出两大类7个型号的磁流变和离子束抛光机床，为“极大规模集成电路制造装备与成套工艺”“高分辨率对地观测系统”等3个国家重大科技专项提供技术保障和装备支撑，解决了一系列制约其创新发展的技术难题。

团队先后获得科技部重大科技专项颁发的“突出贡献奖”和“突出成果奖”。

精密和超精密加工技术现状和发展趋势1.引言国际上在超精密加工技术方面处于领先地位的国家有美国、德国和日本发达国家中，美国、日本、德国等在高技术领域（如国防工业、集成电路、信息技术产业等）之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。

由于加工技术水平的发展，精密和超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有确切的定义。

被加工零件的尺寸精度在 1.0～0.1μm，表面粗糙度Ra在0.1～0.03μm之间的加工方法称为精密加工。

超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理,超精密加工的设备制造技术,超精密加工工具及刃磨技术,超精密测量技术和误差补偿技术,超精密加工工作环境条件。

2.发展现状美国是开展研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。

早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件。

20世纪80年代后期,美国通过能源部“激光核聚变项目”和陆、海、空三军“先进制造技术开发计划”,对超精密金刚石切削机床的开发研究,投入了巨额资金和大量人力,实现了大型零件的微英寸超精密加工。

如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室已经研制出一台大型光学金刚石车床(Large Op tics Diam ond Turn ing Machine, LODTM ), 是一台最大加工直径为1.63m的立式车床,定位精度可达28nm,借助在线误差补偿能力,它已实现了距离超过1m而直线度误差只有±25nm 的加工。

在美国能源部支持下，LLI实验室和Y-12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床(DTM—3型)。

超精密加工技术的理论和应用研究超精密加工技术是指在微米和纳米级别下进行的精密加工过程。

随着现代科技的不断发展，超精密加工技术越来越受到重视，并广泛应用于电子、光学、航空航天和生物医疗等领域。

1. 超精密加工技术的发展历程超精密加工技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代末期，当时主要应用于金属和陶瓷的球面加工和制造。

随着微电子技术的不断进步，超精密加工技术被广泛运用于微电子制造和微机电系统（MEMS）中，如晶体管、光学元件、压电陶瓷和生物芯片等。

在后来的发展中，超精密加工技术逐渐扩展到玻璃、塑料和石英等非金属材料的加工上。

同时，超精密加工技术还被应用于卫星、航天器和精密仪器的制造和维修中。

2. 超精密加工技术的理论基础超精密加工技术的理论基础主要涉及到两个方面：加工力学和加工控制。

加工力学研究表明，超精密加工过程中的切削作用受到材料本身的特性、切削工具的形状和刃口尺寸、切削速度和切削深度的影响。

因此，了解加工物料的相关特性并选择适当的切削参数，对加工质量和加工效率的提高具有重要意义。

加工控制方面的研究主要涉及到加工路径规划、加工速度和切削深度的控制以及加工设备的精度检测等。

3. 超精密加工技术在电子制造领域中的应用在电子制造领域中，超精密加工技术被广泛应用于半导体器件的制造和加工。

例如，通过超精密加工技术制作的半导体器件可以达到微米甚至纳米级别的精度，从而大大提高了器件的性能和稳定性。

此外，超精密加工技术还可以用于电子元器件的制造，如阻值、电容器和电感器等。

通过超精密加工技术制作的电子元器件具有更好的性能和精度，可以提高电路的稳定性和可靠性。

4. 超精密加工技术在航空航天领域中的应用在航空航天领域中，超精密加工技术主要应用于航空发动机部件的制造和维修。

例如，通过超精密加工技术制造的涡轮叶片具有更好的气动性能和材料特性，可以提高发动机的性能和效率。

同时，超精密加工技术还可以用于航空航天器件的制造和加工，如导航系统和通信设备等。

超精密加工技术----发展及对策超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。

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，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。

超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于Ra0.005μm)精度的加工。

实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。

加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。

超精密加工主要包括三个领域：1、超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。

它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。

2、超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。

3、超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。

如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。

国外概况美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。

早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125μm，加工直径为φ100mm的半球，尺寸精度为±0.6μm，粗糙度为Ra0.025μm。

1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，φ1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025μm，表面粗糙度为Ra0.042μm。

在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。

美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm (纳米)的加工。

尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。

精密和超精密加工技术的新进展精密和超精密加工技术是指不断追求更高精度、更细粒度、更小误差和更高效率的加工方法和技术。

这些技术广泛应用于航空航天、医疗器械、微电子、光学仪器等领域，对于产品的性能和质量有着至关重要的影响。

近年来，精密和超精密加工技术取得了许多突破性进展，本文将就此展开讨论。

精密加工技术是在传统机械加工的基础上发展起来的，通过精细的切削、研磨和抛光等手段，实现高精度、高光洁度的加工目标。

近年来，精密加工技术的发展取得了长足的进步，主要表现在以下几个方面：新型加工设备的研发和应用不断取得突破。

例如，五轴联动数控机床、激光加工机、电子束加工机等新型设备的出现，使得复杂零件的精密加工变得更加高效和准确。

新型加工材料的应用也取得了重要进展。

例如，工程塑料、陶瓷、复合材料等高性能非金属材料的广泛应用，使得精密加工的领域得以进一步拓展。

精密加工技术的智能化和自动化水平不断提升。

智能化加工设备能够实现自适应加工、无人值守加工等功能，提高加工效率和质量稳定性。

超精密加工技术是指比精密加工技术更为精细、精确的加工方法和技术。

随着科技的不断进步，超精密加工技术的应用越来越广泛，主要包括以下几个方面：超精密加工技术广泛应用于微电子领域。

微电子产业对于芯片的精度和光洁度要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高效率的微米级加工，对于提升微电子产业的发展水平和竞争力具有重要意义。

超精密加工技术在光学仪器领域也有着广泛的应用。

光学仪器对于透镜、反射镜等光学元件的精度和表面质量要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的光学元件加工，对于提高光学仪器的性能和精度具有重要作用。

再次，超精密加工技术在航空航天领域也有着重要的应用。

航空航天领域对于零件的精度和可靠性要求极为严格，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的零件加工，对于提升航空航天领域的产品质量和性能具有重要意义。

近年来，精密和超精密加工技术的研究和应用不断取得新的进展，在新型加工设备、新型加工材料和智能化加工等方面都取得了重要突破。