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新世纪的制造技术与机床
2008/3/11/09:45  来源:慧聪网机床行业频道
大规模集成电路的线条已做到亚微米级,进一步要求将线条做到纳米级,计算机性能新的飞跃需要依靠纳米技术。在其他一些领域,如光盘的制作、精密光学器件的制作、航空航天领域,一些精密、高速运行的机械也提出了纳米级的精度要求。

    硅原子的晶格间隔约为0.2nm,在纳米量级已是对单个或少量分子、原子进行操作。纳米结构的物质表现了很多的独特性能。这些性能在材料科学、医学等许多领域有重要应用。例如,纳米结构的材料在硬度、密度、强度、延展性、导热性、磁耦合、催化能力、吸附选择性、以及电学和光学性能等方面均有很大增进。例如纳米碳管的抗拉强度比钢高20倍,而强度质量比则为钢的50多倍。将这些材料用在航空、航天上,用在人体上显示出十分巨大的优越性。纳米薄膜也得到了广泛应用。

    生命科学和生物技术被誉为下一世纪的领头技术。而为了进行生命科学和生物技术的研究,需要将各种微型传感器和执行器植入人体或生物体内部。人体的治疗与康复、无损伤的外科手术、药品的准确输送、疾病的准确诊断、人工器官的植入、生物品种的改良等也需要各种微型器械。为了赋予建筑、车辆、材料等智能性能,也要将各种微型传感器和执行器植入它们的内部。这都要求发展纳米技术。微机电系统和纳米技术的产品正以每年百分之几十的速度增长。无论是微机电系统还是纳米技术,其实现的关键都是制造技术。三篇主题报告都对微机电系统与纳米加工技术的发展趋势作了论述。

    微加工对装备的精度、环境条件、单周期的物质变化量都比常规加工提出了高得多的要求。英国J.Corbett教授和日本T.Masuzawa教授在他们的主题报告中介绍了钻石切削、超精磨削、超精铣削、电子束加工、离子束加工、激光束加工、电火花加工、电化学加工、超声加工、光刻、电化学浸蚀、物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、蒸发图形形成、电子束光刻、X射线光刻、LIGA(一种基于光刻、电镀和模制的深度蚀刻技术)、生物加工(一种利用细菌对有机体进行浸蚀加工的技术)、扫描探针显微镜、扫描近场光学显微镜、层积法(立体光刻)、线电化学磨削、线电火花磨削、电铸、微铸、微冲、微锻等加工方法。

    微机电系统的装配是一个十分困难的问题。微机电系统本身尺度很小,它的零件就更小了。对这样小的零件,由于尺度小,加之受力的情况复杂,与宏观情况很不一样,物体所受静电引力、范德瓦尔斯力、表面张力、液体黏附力等都可能超过重力,这给寻觅、抓取、释放、定向、定位、连接、紧固微小零件等都造成很大困难。装配机构的设计、制造很复杂。解决这些困难的一个方法是将微机电部件尽可能做成整体的,但是有许多情况不能完全避免装配。例如砷化镓工艺与硅工艺是不相容的,通过装配也使不同零件能采用最合适材料和最佳工艺。

    另一重要问题是纳米测量。只有能够精确测量,才能保证所制造纳米器件符合所需要求。电容传感器、光学干涉仪、X射线干涉仪可分别实现10pm(1pm=10-12m)、80pm和2pm的分辨率。但对测量来说,必须具有溯源性,即能将米的定义传递到被测对象。英国国家物理实验室(NPL)、德国国家物理技术研究院(PTB)、意大利国家计量院正联合研制一种激光干涉仪与X射线衍射仪结合在一起的大量程纳米测量仪。它利用硅220的晶格常数(在100kPa和22.5℃下为0.192015497nm)对激光波长实现细分,达到亚纳米的分辨率。

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