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1、微细加工技术我们前面学习了制造自动化技术，了解了数控加工技术中的超高速加工，其中包括（提问）超高速切削和超高速磨削加工。 另外对超高速切削机床的主轴单元做了简单介绍。还有刀具的材料使用和自动装配技术。我们这节课来学习一下另外一种新 的先进制造技术微细加工技术，相对前面讲的内容，从字面上来理解，我们这部分内容应该具有什么特点？提问，精密化 和微细化还有智能化，是一种更先进的制造技术。首先我们想一下，什么是微细加工技术？微细加工技术有哪些特点？它的 发展现状又是怎样的呢？我们从这三个方面去了解这一章的内容。60年代，微电子技术渗透到机械工程领域，机电一体化为机械装置在系统中和性能方面的改进，促进了
2、机械装置的微型化。 再加上集成电路的快速发展，加快了微电子系统的研究。微细加工技术的发展时间较短，起于上世纪八九十年代，美国斯坦 福大学1987年发明的100微米的静电微型电机，其转子直径为60微米，正式开启了微机电系统-MEMS的发展。微细加工 技术包括微机械和其相对应的加工技术。在集成电路的加工技术的基础上将设备所需的结构集成到较小结构上，从而形成微 机械。与其相对应的加工技术就是微细加工技术，包括传感器技术，微型发动机技术和微机电系统技术，纳米技术等等。 我们这节课就微机械和微细加工技术两部分分别来了解这门先进制造技术。微机械从五个方面来学习，包括概念、特征、发 展现状、研究内容及其关键
3、技术和其优点。微机械在不同国家有不同的名称。在日本根据加工尺寸分为。第一页目前对微机械的定义还没有统一概论，一般是指小于1mm的机械结构。宏观上来说就是体积尺寸较小的微型机械结 构。也可以定义为集成电路的制造基础上（特别是平板印制术，蚀刻技术）设计和制造微米领域的三维力学系统，以及微米 尺度的力学元件。它开辟了制造集成到硅片上的微米传感器和微米电机的崭新可能性。如微型电动机，微型阀，微型传感器 以及各种微型机械的投入使用。实际上已经可以加工到纳米精度。全部由机械结构组成曾的微型机械几乎不存在，基本是由 机械电子，生物技术结合而成的机电一体化系统。第二页微机械的特征，由于微机械的几何尺寸的微型化
4、，表面积与体积比变大，表面的静电吸附力和表面凝聚力会对其效果 起到决定性的作用。微机械的特征具体表现在以下几个方面。第一个，传统材料在外力作用下会有一个变形曲线，如拉伸试 验，会发生弹性，塑性和断裂的形变。但是微机械由于其质量体积较小，因此其内应力和应变之间不再是线性关系，但是目 前还没有一套规范的理论体系能给出微机械部件的力学性能2是由于运动部件质量很小，因此表面的摩擦力主要是分子间的 相互作用力引起，要研究微机械部件之间的摩擦就要从表面原子和分子的性质。3,材料尺寸的微小，材料的性能发生了变 化。微型机械中应用到的薄膜，其特性与其在宏观下的特性有很大差别，如其传热性，提问是好还是坏？传热性
5、好，使微机 械部件之间不具有温差，由于其表与体积比增大，所以其抗氧化性降低。4加工方法，不同于传统机械加工，常用的LIGA 技术，包括X射线光刻，电铸和模铸成型。可是实现三维任意方向几何形状微结构的制作。5检测设备，由于微机械结构的 尺寸多在1mm以内，所以其检测设备的检测精度要求更高，要精确到纳米级的检测设备，如纳米硬度计，可检测10微米-1 纳米之间的微机械。6常用的材料硅材料，机械性能优良。硅材料资源丰富，力学性能好，在集成电路基础上可以很容易制 作出微米程度的微构造。如图。第三页微机械的研究方向，作为目前一门先进制造技术，微细加工技术主要从以下四个方向展开，一现有机械微模型的微型 化，
6、日本为代表利用传统加工方式来进行机械结构的微小化。主要目标为1mm以下的产品。如下面这几个微细模型。第二 个方向，利用半导体技术研制微型机械，其实就是将微细元件集成为微型机械结构来实现人类需要的目的。将传感器，驱动 装置，控制装置和信号发射装置一同集成到薄膜结构材料上。构成可以人为控制的结构。第三个方向分子机械的研究实质上 是探索生物驱动器的机构原理，也就是利用人工的方法对原子操作合成制造具有能量转化的机制或运动传递机制的纳米级生 物机械装置麻省理工在1997年构思了分子轴承，美国在1997年成功研发了分子齿轮。将微型制造带入另一个领域。这一 领域在国防军事方面应用广，并受到各国军方的重视。第
7、四个方向，建立对微型机械的评价系统，以解释微型机械的各类运动规律。组成原理和实际评价准则。凡是都有规则， 有了标准才可用判定好坏。微型机械研究的关键问题1微型传感器与控制技术的研究，在微型机械中传感器的作用不言而喻，微型机械多用于军事医疗 检测等领域，对信息的采集和传递要求较高，但是由于微型机械的体积和质量较小，因此对微型传感器也提出了要求。2材 料科学，目前微型机械的材料以硅为主，因此研发硅材料以外的半导体材料成为微机械研究的主要内容，与传统材料一样也 需要从内应力，变形硬度等力学性能进行研究，但是其研究方式和工具与传统检测装置不一样，要求更精密和更先进。3基 础学科，延伸到分子之间相互作用力的研究，如部件之间的吸附力和粘滞力和微摩擦的规律，也就提出了新的概念微型机械 运动学和微摩擦。4驱动技术在微型机器人中，机器人的驱动装置要求轻便而且体积要小。5研究将电能转变为大变形能的 固体材料或复合材料。微型机器人在工作时的能量供应如不能及时的供应则其使用价值也大大降低，因此研究将其他能量转 化为能源供应成为微机械研究的关键内容。如飞行机器人或行走机器人。有的机器人利用摄食苍蝇或苹果通过有机物的分解 获取能量，有的通过翅膀的震动获取能量，这些都已经研究并且验证。
