超精密微机械制造技术研究及进展(正式版)
超精密加工技术研究现状及发展趋势
超精密磨削不仅要得到镜面级的表面粗糙度 ,还
3 项 目 :河南理工大学博士基金 收稿日期 : 2008 - 12 - 20 作者简介 :简金辉 (1984 - ) ,男 ,江西新余人 ,硕士 ,主要从事精密超精密加工及其表面技术方面的工作 。
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专题论述
·机械研究与应用 ·
要保证能够获得精确的几何形状和尺寸 。目前超精 密磨削的加工目标是 3～5nm 的平滑表面 ,也就是通 过磨削加工而不需抛光即可达到要求的表面粗糙度 。 砂轮的修整技术相当关键 。尽管磨削比研磨更能有 效地去除物质 ,但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜 面 ,主要是由于砂轮粒度太细时 ,砂轮表面容易被切 屑堵塞 。日本理化学研究所学者大森整博士发明的 电解在线修整 ( EL ID )铸铁纤维结合剂 ( C IFB )砂轮 技术可以很好地解决这个问题 。主要的修整方法还 有电化学在线控制修整 ( ECD ) [ 5 ] 、干式 ECD[ 6 ] 、电化 学放电加工 ( ECDM ) [ 7 ] 、激光辅助修整 [ 8 ] 、喷射压力 修整 [ 9 ]等 。 2. 3 超精密研磨
精密和超精密加工技术的新进展.pdf
精密和超精密加工技术的新进展王广斐江苏科技大学摘要 : 精密和超精密加工技术的发展 , 直接影响尖端技术和国防工业的发展。
世界各国都极为重视 , 投入很大力量进行开发研究 , 故近年来发展迅速。
本文介绍了国内外精密和超精密加工技术各主要领域的最新进展 : 精密和超精密机床的新发展 , 超精密切削机理和金刚石刀具的研究 , 精密镜面磨削和研磨技术的新发展 , 非球曲面精加工技术的发展以及微型机械制造中的精微加工技术的发展 ; 提出我国应重视精密加工的研究 ,加大投入 ,加速提高我国精密和超精密加工技术水平。
关键词 : 精密和超精密加工技术,超精密切削,超精密机床,精密镜面磨削,精密研磨,微机械New Developments of Precision and Ultra 2 Precision Manufacturing TechnologyYuan ZhejunAbstract: Precision and ultra 2 precision manufacturing technology have great influence on the developments of national de 2fence industry and high technique , therefore many countries pay great attentionto its developments. In this paper , new develop 2ments in the main areas of precision and ultra 2 precision manufacturingtechnology are given: precision and ultra 2 precision machinetools , ultra 2 precision cutting mechnism with single point diamond tools , precision mirror surface grinding , precision lapping , pre 2cision machining of non 2 sphrical surfaces andfree 2 curved surfaces andprecision machiningof micro 2 machines. It has been pointedout that the precision and ultra 2 precision manufacturing technology are very important to our country , therefore we must pay greatattention to its developments.Keywords:Precision and ultra 2 precision manufacturing technology , ultra 2 precision cutting , ultra 2 precision machine tools ,precision mirror surface grinding , precision lapping , micro 2 machines1.概述精密和超精密加工技术的发展 , 直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展 , 因此世界各国对此都极为重视 , 投入很大力量进行研究开发 , 同时实行技术保密 , 控制关键加工技术及设备出口。
微细结构超精密加工技术的研究
微细结构超精密加工技术的研究摘要：高精度是超精密加工永恒的主题，受国防和高端民用产品的需要牵引，对微细结构元件加工精度的要求日益提高；同时，高精度的微细结构元件，尤其是微细结构光学元件的需求量迅猛增长，需要适于批量生产的高效率低成本的微制造技术。
基于微细结构的超精密加工技术将综合应用其它领域的新技术，进行工艺集成化已成为一种发展趋势。
关键词：超精密；微细结构；分子动力学1引言我国超精密微细加工技术的研究略晚于国外，但由于长期科技投入不足和国外的技术封锁，与国外先进技术水平相比尚有较大差距。
国外的已经商品化了的超精密微细加工设备，对我国一直处于严格禁运状态。
而微小型结构件的微细超精密加工技术在国民经济与社会发展中具有重要的地位，因此，开展超精密微细加工技术的研究，对突破国外技术壁垒，形成我国自主创新的新产品、新技術和新装备具有重要意义。
针对微小型和具有微细结构的超精密零件，开展超精密加工机理的研究，将为实现微小型和具有微细结构零件的超精密加工技术产业化奠定良好的。
本文的仿真研究将为微细结构超精密加工技术提供理论支持。
2微细结构超精密加工技术面向微细结构的超精密加工技术的研究是现代高技术产品制造的核心技术之一；是先进制造技术领域的前沿课题和未来发展我国微电子产业的关键技术，在航空航天、汽车、信息技术、新能源、家电、医疗等许多高新技术领域有着越来越广泛的应用；它与一个国家的国防与国民经济的发展密切相关，是一个国家的国民经济、国防和科学技术综合实力的体现，已经成为许多国民经济领域的制造技术可持续发展的一个重要保障条件。
在精密工程应用领域，元件的几何形状精度经常需要控制在纳米量级，如：精密轴和孔的圆柱度、大规模集成电路使用的单晶硅片的平面度等等。
与此同时，元件还需要具有纳米级的表面质量，如表面平整性以及表面和次表面的损伤程度（包括微裂纹、物理结构的变化、大规模塑性变形和残余应力等）。
为满足这些指标要求，元件在加工过程中切削力的数量级必须控制在10-6N到10-9N的范围内，而相应的切削深度应该保持在10-6m到10-9m的范围内。
中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室(2)
中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室2021年XX基金课题指南超精密加工技术重点实验室管理办公室XX二〇一二年十一月目录中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室2021年XX基金课题指南超精密加工技术重点实验室(以下简称“实验室”）隶属中国工程物理研究院(以下简称“中物院"），是中物院超精密加工科技方向基础性、创新性研究的责任主体.实验室成员单位为电子工程研究所、机械制造工艺研究所、激光聚变研究中心，挂靠单位为机械制造工艺研究所，主要从事超精密加工机理、工艺、装备与检测等基础研究工作。
为进一步推动XX、合作与交流，实验室面向全国超精密加工技术领域的研究与工程技术人员设立XX基金,支持国内优势单位与院内单位共同组建联合研究团队开展相关领域的基础、前沿性研究工作。
创立本基金的目的在于，引导和调动全国高等院校、科研机构的科技人员积极参与超精密加工技术领域的基础性研究，发现新现象、新规律，拓展新方向,建立高水平学术交流与合作渠道，培养超精密加工领域科技人才。
XX基金课题分为XX基金重点课题及XX基金面上课题两类。
一、2021年XX基金重点课题指南课题1：紧凑型射频波导传输线研究科学意义和需求背景:移相器是相控阵雷达和卫星通讯系统的关键部件,在电扫描相控阵雷达天线系统中有广泛应用,传统类型移相器(如铁氧体或二极管型)，其体积相对较大、工作频带窄、损耗大、不易集成、成本高等，这些因素限制了这类移相器的进一步应用。
移相器的出现开辟了移相器技术研究的新途径,移相器具有频带宽、损耗小、成本低、超小型化、易于与、电路集成等特点,对现代雷达和通信系统的具有重要的意义。
移相器一般由开关、传输线、馈电单园等基本单位构成.开关是移相器的切换功能单园,而共面波导传输线则是为了让移相器实现高集成的低损连接,在现代单片微波集成电路中应用广泛。
对于射频器件，除了性能上的要求，对于它的小型化也提出了要求,作为射频器件的基本组成部分的传输线也要适应这个趋势。
超精密加工技术与设备研究
超精密加工技术与设备研究随着科学技术的发展，各种新兴产业的不断涌现，超精密加工技术的应用越来越广泛。
超精密加工技术是指以nm甚至A级为计量单位的高精度加工技术，这种技术可以加工出极为精细的器件、零部件和微型器械等。
近年来，随着光通信、半导体和微机电系统等高新技术的不断发展，超精密加工技术成为了对这些高科技的支撑和发展起到至关重要的作用。
一、超精密加工技术的研究超精密加工技术不仅是现代制造业的一个重要方向，也是当前世界各国争夺高端装备制造市场的关键技术之一。
超精密加工技术具有下列特点：1. 高精度超精密加工技术的加工精度一般在0.1μm以下，甚至可以达到0.01nm。
这种高精度的加工不仅可以满足现代工业的精密加工要求，而且对于微传感器、微机电系统等新兴工业领域的发展也必不可少。
2. 高成本超精密加工需要使用高端的加工设备和高精度的测量仪器，这些设备通常需要耗费巨大的资金才能购买。
此外，加工过程的高要求和长周期也会带来高成本。
3. 高技术门槛超精密加工技术对操作人员的技术要求非常高，需要具备高度的专业知识和操作经验。
因此，这种技术对人员的培训和技术水平的提高也是非常重要的。
二、超精密加工设备的分类超精密加工设备通常可以分为以下几类：1. 雕刻机雕刻机是一种采用非接触方式加工的机床，可以在非接触情况下对工件表面进行加工。
它的加工精度可以达到大约0.1μm，适用于制造光学玻璃、金属模具等精密零件。
2. 电解加工机电解加工机是一种采用电化学反应进行加工的机床，其加工精度可以达到0.1μm以下。
它适用于制造形状复杂的工件和微加工零部件。
3. 雷射加工机雷射加工机是一种采用激光束进行加工的机床，其加工精度可以达到0.1μm以下。
它适用于制造微电子元件、微机械零件和光学器件等。
雷射加工机还可以利用激光束切割薄片材料，以满足高端装备制造的需要。
三、超精密加工技术的应用超精密加工技术的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 半导体加工在半导体加工领域，超精密加工是一个非常重要的领域，它可以制造出一些超细的、数量巨大的半导体芯片。
超精密加工技术的发展现状
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。
微纳米级精密加工技术最新进展
微纳米级精密加工技术最新进展微纳米级精密加工技术是当代科技发展的关键技术之一，它在信息技术、生物医疗、航空航天、光学制造等领域发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的飞速进步，微纳米级精密加工技术不断取得突破，推动着相关产业的创新与升级。
以下是该领域最新进展的六个核心要点：一、超精密光刻技术的新突破超精密光刻技术作为微纳加工的核心技术，在半导体芯片制造中占据主导地位。
近年来，极紫外光刻(EUV)技术取得了重大进展，其波长缩短至13.5纳米，极大提高了图案分辨率，使得芯片上的元件尺寸进一步缩小，推动了摩尔定律的延续。
同时，多重曝光技术和计算光刻技术的结合应用，进一步提高了光刻精度，为实现更小特征尺寸的集成电路铺平了道路。
二、聚焦离子束加工技术的精细化聚焦离子束(FIB)技术以其高精度、灵活性强的特点，在微纳米结构的直接写入、修改及分析方面展现出了巨大潜力。
最近，通过优化离子源和束流控制系统，FIB技术实现了亚纳米级别的加工精度，为纳米器件的制备、纳米电路的修复及三维纳米结构的构建提供了强有力的技术支持。
此外，双束系统（FIB-SEM）的集成，即在同一平台上集成了聚焦离子束与扫描电子显微镜，大大提高了加工的准确性和效率。
三、激光微纳加工技术的创新应用激光加工技术在微纳米尺度上展现出了新的应用潜力，尤其是超短脉冲激光技术的出现，如飞秒激光，能够在材料表面进行无热影响区的精确加工，适用于复杂三维结构的制造。
通过调控激光参数，如脉冲宽度、能量密度和重复频率，可实现从材料表面改性到内部结构雕刻的广泛加工能力，被广泛应用于生物医疗植入物、微光学元件及微流控芯片的制造中。
四、化学气相沉积与电化学加工的精细化化学气相沉积(CVD)作为一种薄膜沉积技术，近年来在微纳米材料合成方面取得了显著进展，特别是在石墨烯、二维材料及其异质结构的可控生长方面。
通过精确调控反应条件，如温度、压力和气体配比，实现了单层或多层纳米薄膜的高质量沉积，为纳米电子学、能源存储及传感技术的发展提供了关键材料。
超精密加工技术的发展现状与趋势
行业综述超精密加工技术的发展现状与趋势北京机床研究所精密机电有限公司(100102) 贺大兴 盛伯浩 在全球技术竞争日益激烈的今天,超精密加工作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注。
超精密加工技术是尖端技术产品发展不可缺少的关键手段,它不仅适于国防应用,而且可以大量应用于高端民用产品中,例如惯导仪表的关键部件、核聚变用的透镜与反射镜、大型天文望远镜透镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘基底及复印机磁鼓、现代光学仪器设备的非球面器件、高清晰液晶及背投显示产品等。
超精密加工技术促进了机械、计算机、电子、光学等技术的发展,从某种意义上来说,超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命,也是衡量一个国家制造技术水平的重要标志[1]。
超精密加工是一个相对的概念,它是相对于精密加工而言的。
当前普遍认为超精密加工是指加工精度高于0.1μm,加工表面粗糙度小于R a0.02μm 的加工方法。
超精密加工通常包括超精密切削(车削、铣削、刻划等)、超精密磨削、超精密研磨和抛光等,另外广义的超微细加工、纳米级以及原子级的加工等也属于超精密加工的范畴。
1 超精密加工技术的发展现状商业化的超精密加工技术应用可以追溯到上一世纪60年代美国,由于军事领域精密元件的需求,促使这一技术迅速发展。
到80～90年代,由于激光在各领域的广泛应用,各种类型的金刚石车床和镜面铣削机床不断出现,超精密加工技术在许多国家相继发展,除美国以外,英国、德国、前苏联、法国、日本、荷兰等许多国家都发展了这一技术,它的应用领域也不局限于军事领域,扩展到大量需求的民用领域。
到90年代中后期,超精密加工技术的多种配套技术包括工艺技术进入成熟期,定型的超精密设备逐渐增加,开始出现专业化制造的特点。
国际上从事超精密开发应用的公司以及机构经历了市场筛选和优势重组的阶段(例如新的Precitech公司合并了Pneumo超精密公司、Moore Nanotechnology Sys2 tem的形成等),众多分散的小的超精密单位逐步淡出,具有优势的典型企业和机构的进一步突显。
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超精密微机械制造技术
研究及进展(正式版)
超精密微机械制造技术研究及进展
(正式版)
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随着航空航天，国防工业，电子产业，现代医学
和生物工程技术的快速发展，对于三维微小零件的精
度（其尺寸在微米到毫米级）迫切需求。
本文对内涵
的整理和叙述，对超精密微机械制造技术国内外的研
究现状和发展趋势，并对未来的超精密微机械制造技
术的发展趋势进行了总结，为先进制造技术领域的研
究和规划我们的未来发展方向。
超精密微机械制造技术领域是在第二十世纪80
年代初期90年代逐渐发展的新兴科学领域。
它的迅
猛发展将在二十一世纪为几乎为所有的工业领域带来
翻天覆地变化。
微系统与微制造的产品广泛应用于军事，医疗，航空航天，电子等军用和民用领域。
本文对其内涵的整理和叙述，超精密微机械制造技术的国内外研究现状和发展趋势，为今后我国先进制造技术研究计划提供可参考的意见。
什么是超精密微机械制造技术
微制造系统是针对微小机械零件这个特殊加工对象，采用系统的，集成的理论和技术，根据工件结构和具体要求把供料、加工、检测、搬运等步骤有效的融合起来，在狭小的空间内对微型零件进行制造。
它的目地是实现“小零件用小机床加工”的概念，不同于MEMS微制造技术和方法。
它必将成为非硅材料的加工（如金属，陶瓷等）的最有效的小零件的加工方式，可以从根本上解决了小型零件的加工难题。
超精密微机械制造技术重点研究的对象尺寸在
10m~ 10mm，处理复杂的几何形状的小部件。
具有能耗低，体积小，生产灵活，效率高。
降低了制造系统及零件的尺寸，不仅节省能源，还节省了生产空间和资源，符合节能，环保的生产方式，是绿色制造业的发展方向。
国内及国外研究现状及发展趋势
2.1.微机械加工设备的技术
目前，国内已有多所高校对微小制造系统，微小切削技术领域展开研究。
已获得一些令人可喜的成就。
哈尔滨工业大学精密工程研究所于2007开发的一个小型超精密三轴数控铣床，主轴最高转速160000 RPM，回转精度达到1米，工作台定位精度达到0.5米/±75mm，重复定位精度达±0.25m，刀具采用进口的刀具，最小可达到0.15mm。
北京理工大学研发的用于引信机构微小型金属承载构件加工的精密
微小型车铣加工中心，针对于对微小型构件三维加工和高频群脉冲电加工技术研究，c轴转速8000rpm，铣头主轴转速60000rpm，可以四轴联动，重复定位精度已达到国际先进水平。
清华大学，南京航天航空大学，北京航空精密机械研究所都积极开展针对微型机床研究。
此外，在香港城市大学开发的建模与西北工业大学合作，对微制造系统仿真进行研究。
长春理工大学一直在精密和超精密加工技术中微细切削加工与微机械制造技术、微磨擦磨损机理、激光精密加工技术、硬脆材料精密加工技术、微光机电一体化技术方面进行长时间的研究，。
在微加工和微摩擦磨损机理的研究的基础上，成功地研发了微切削功能的微摩擦磨损测试机，主轴转速6000rpm，旋转精度达到了±2米，±1米的进给精度，微磨擦测力传感器使用了双平衡机构，从而实现了同时测定正压
力和摩擦力；利用仪器的模块化设计，可使摩擦测量头与微切削刀头更换，从而实现微切削作用，对微切削的机理进行研究。
在激光精密加工技术方面，于2005开发出特殊材料的微型零件精密激光去除的装置，机器的加工精度已达到微米级。
在微传感器技术测试技术和微控制技术等领域开展了一系列的研究，并取得了一系列令人可喜成果，为微处理单元和微制造系统的设计，制造，积累了一定的宝贵经验。
2.2.特殊工艺
超精密加工需要在洁净的环境中才可进行的，其中蚀刻技术的关键特征，一般用在光刻，微机械元件的硅衬底上形成光摄影，生成零件的几何形状，进一步的处理，方法：
2.2.1.刻蚀方法。
腐蚀是形成微机械深加工的主要途径。
首先把光刻之后的硅用腐蚀剂侵蚀，移除牺
牲层保留处理层，制作成工件，再经过清洗后得到的工件。
腐蚀法有湿式和干式两种方法，干法分为离子法和激光法，而湿法分为溶液法和阳极法。
而溶液法由于操作简单，使用成本低廉，处理效果好，加工范围广而被广泛使用。
常见的腐蚀剂溶液有EDP，KOH，H2N2三种，按照比例，对腐蚀速率及温度的控制，使其生成掩膜SiO2或Si3N4，从而满足硅体蚀刻的选择性，掩蔽，超精密的高水平的各向异性。
激光腐蚀法则是通过调整激光蚀刻的辐射剂量，几乎任何形状的微机械结构都可以此方法加工，这是其他腐蚀法所办不到的。
2.2.2.沉积的方法。
沉积过程中，外延生长是一种常见的技术。
此技术的特点是将外延生长层与基底材料保持相同的结晶取向，这极大的提高了材料外延长层纵向或是横向的加工能力，以产生所需的结构，
把添加硼技术结合硅外延生长技术结合起来，可以生产高精度立体微机械零件。
三维微机械LIGA技术沉积技术和光刻技术的结晶工艺，它采用X射线，使波长保持在0.1-1纳米，对涂覆在底部上的PMMA感光材料光刻，可达1mm深，电铸金属从而产生感光材料的微观结构，并以其为模具注塑成型塑料产品。
超精密微机械制造技术的发展走势
3.1.微切割技术。
关键技术包括微零件的加工设备，主要是具有高转速的主轴系统，精确定位技术，精密工作台的运动与控制的微机械加工设备与技术；微切削刀具材料和刀具的制造技术；微切削中刀具及工件的快速装夹技术，微切削中和测试监控技术。
3.2.微切削机理。
主要是热——机械耦合应力作用下的不均匀变形，微尺度下的本构方程的工件材料，微切削区的位错应力，尺寸效应，非均匀应变等
对剪切变形和剪切效应的影响；最小切削量对切屑形状，已加工的表面形成，切割应力，切削温度的影响，和工件材料的微观结构对表面粗糙度和表面损伤的影响，微切削的模拟仿真技术，微切削理论和技术体系。
3.3.微切削过程。
微机械加工工艺，包括各种新型材料如不锈钢，钛合金，不锈钢，铝合金，陶瓷等非金属材料及各种复合材料，显微切割的CAD / CAM 技术。
3.4.微加工技术，经济和可靠性的评估。
3.5.微加工的研究和设计原理及实用的微制造系统的方法和相关的应用技术。
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