微米/納米技術在機械加工中的應用

摘要：本文主要介紹了微細加工技術、精密測試技術、微系統技術等微米技術和以納米電子技術、納米機械技術、納米材料技術、納米加工技術為主的納米技術。

關鍵詞：微米技術；納米技術；微細加工技術；納米電子技術；納米機械技術

科學技術向微小領域發展，由毫米級、微米級繼而涉足納米級，人們把這個領域的技術稱之為微米/納米技術（Micro& Nano-Technlogy）。

當前，微米/納米技術在國際上已使人類在改造自然方面進人一個新的層次，即以微米層次深人到原子、分子級的納米層次，它作為21世紀出現的高技術，發展十分迅猛，并由此開創了納米電子、納米材料、納米生物、納米機械、納米制造、納米測量等新的高技術群。

一、微米技術

1.微小尺度的設計理論研究

微型系統的設計并非簡單的機械微小化，而需要從物理及物質相互作用等方面進行重新研究，形成一整套的設計理論與方法。其研究重點應包括微動力學、微流體力學、微熱力學、微機械學、微光滸學等，并且注重現代設計方法如CA0技術、仿真與虛擬現實技術等在微型系統設計中的應用，通過上述研究，解決微型系統設計中的尺寸效應`表面效應、誤差效應及材料性能等的影響。

2.微細加工技術

微細加工技術包含超精機械加工、IC工藝、化學腐蝕、能量束加工等諸多方法。對于簡單的面、線輪廓的加工，可以采用單點金剛石和CBN（立方氮化硼）刀具切削、磨削、拋光等技術來實現，如激光陀螺的平面反射鏡和平面度誤差要求小于30nm，表面粗糙度Ra值小于1hm等。而對于稍微復雜一點的結構，用機械加工的方法是不可能的，特別是制造復合結構，當今較為成熟的技術仍是IC工藝硅加工技術，如美國研制出直徑僅為60～120um的硅微型靜電電動機等。

3.精密測試技術

具有微米及亞微米測量精度的幾何量與表面形貌測量技術亦已成熟，如具有0.01um精度的HP5528雙頻激光干涉測量系統，具有0.01 um 精度的光學與觸針式輪廓掃描系統等。因此，目前精密測試技術的一個重要研究對象是微結構的力學性能，

4.微系統技術

在研究微系統設計、加工、測量的基礎上，國內外較廣泛地開展了微型傳感、微執行機構、微電子信號處理等方面的研究工作，如已制作出微型力傳感器、微型泵、微電機等。

二、納米技術

納米技術通常指納米級0.1～100nm的材料、測量、控制和產品的技術。

納米技術是科技發展的一個新興領域，它不僅僅是將加工和測量精度從微米級提高到納米級的問題，而是人類對自然的認識和改造方面，從宏觀領域進人到物理的微觀領域，深人了一 個新的層次，即從微米層深人到分子、原子級的納米層次。

1.納米電子技術

在過去的們年里，晶體管的特征尺寸由10mm減小到小于1 um ，現在可實現在一個集成片上包含100萬個單元，對于這種尺度的電子線路，宏觀規律仍舊有效，然而未來一二十年的科技發展使尺寸進一步縮小10～100倍進人到納米尺度，量子力學及電子的波動性就不能不再考慮了。

⒉納米機械技術

納米機械技術包括的領域很廣，其研究基礎包括納米加工過程的動力學模擬、納米構件與表面分子工程、納米摩擦學等，這里所指的納米機械是能實現納米尺寸上某種功能的機械，如納米制造設備及納米執行器，納米執行器能實現納米尺度的移動與定位。

3.納米材料技術

納米材料技術是發展最早且研究最深人的學科。納米材料由于其結構的特殊性，如大的表面比、小尺寸效應、界面效應、量子效應和量子隧道效應等一系列新的效應，使納米材料出現許多不同于傳統材料的獨特性能，從而使其在未來新材料上充當角色，如隱身材料，高靈敏度、高響應的傳感材料，多功能復相陶瓷材料等。

4.納米加工技術

納米加工技術的發展面臨兩大途徑：一方面是將傳統的超精加工技術，如機械加工（單點金剛石和CBN刀具切削、磨削、拋光）（電化學加工（ECM）、電火花加工（EDM）、離子和等離子體蝕刻、分子束外延（MBE）、物理和化學氣相沉積、激光束加工（LIGA）技術等向其極限精度逼近，使其具有納米的加工能力。另一方面，開拓新效應的加工方法，如STM對表面的納米加工，可操縱原子和分子，并對表面進行刻蝕。如美國的IBM公司利用STM將35個原子排出“IBM”三個字樣，且在硅片上覆蓋一層20nm厚的聚甲基丙烯甲酯（PMMA），再利用STM光刻，得到10nm寬的線條等。

5.納米測量技術

以上所涉及有關納米技術的研究，均離不開對它們的分析測試工作-納米測量技術，或稱之為納分析和納探針技術。其中，納探針技術發展迅速并較為成熟，隨著20世紀80年代STM的出現，使人們能直接觀察到物質表面的原子結構，把人們帶到了微觀世界。

參考文獻

[1]王明耀，張兆隆.機械制造技術（K）.中高等教育出版社，2002（297-298）

[2]安美玲.機械基礎（K）.電子工業出版社，2007（211-218）

[3]魏康民.機械制造技術（K）.機械工業出版社，2006，2（69-280）

作者簡介

韓淑敏（1965—），女，漢，山東掖縣族，本科，職稱：教授，職務：教師，畢業院校：東北大學，專業：機械制造，主講：機械基礎 機械制造工藝 數控