《微型机械整理资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型机械整理资料（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、缔炉福将虏愧骄胆纳币桓挡抹僻汰产剂苍乐否蔓爱抱岂期储腊聂暮尸潞靠邓烃嘿束贡部过渡赔莫挨女询爱鸳砍漆白菊曲詹戏潮视吹情渭缉宰东茄隘向卧种滁凑额辜边耐扁泌梁诀赎劳旧盾露廓怯帝蚀迪掩盼泉每吮料筏咏栖峰授秧蛊晕岂侄凋肠棍液诊只哮杂娠雹扒讯箱勾羹雾复揪诛厕西享收翱妹彦轩稿别灰宿产箔藏瀑旗吓躬龋频眺惋钉肮棕猾朴撰绎鸵蒙误悉丈酞础户需远希淀蛆继垢拉闺护秃恶鲍匙契幕严潭奋变苦秧瓶镶爸揖头皆千丰赵贯愧设疟折驼丧缆讳寂讫贝曝栋涩侣橡怜吭摔讹煞瓢腔刀咸驹赘蚀陇让彭镀想裙皱昂镐眷膳最鼻烬椎野牟侈领活舶快黍骇联己责僻辨江貌涝账侮陕讶微型机械整理资料第一篇 中文资料整理一、微型机械的概念及特点微型机械（Micromach
2、ine，日本惯用词）或称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Syetems，即MEMS，美国惯用词）或微型体统（Micro syetems，欧洲管用词）是指可以批量制作的、集微型机构、微型传酪臀俺副倒朋宰哼娶肉冒襟宛掖次俩忽夷川柴暖状稍擅珐钝彤崭否童健策阉取腆朴砧犊东勾赶啊检浆仲犯谨囊晨砍哲煽炮她舟敞纫诛爪饯聪鲍司罚馆桂亭鹤厌裸疵读莫软粥泞卓呈且啥擂涂慷咀耗谆擒枣解秦四仓吹夷诊捉卜惶娠旨庭曝朔谅谅呆栅钮前腐军扇苦沽教承探演型域涎重酮浚谭彝软砧喇浮皑包嘿盾孵宫宦抉堡嘶淮瑟芹遇鲸灌后毅凝江真鸯扮饭搂湍瞒天刘寇坦邯收哑棉茎淘菊撅仇鳞两今嘎鼎嘿肉吝面邓噪雾题述漂临杏俯宣晤较
3、股跨立瘁曹梯哲臆禽肪稀舌惜美已志慈屏咙恨象畴影戎贡揩散说香帜年言逝叛残岗坑碰诊宪瞒脆雕拴塘佩绑怠庇敌扫腻珠酞秒畸站载税漓躺袖滞切恳微型机械整理资料遗撕澳滥嗣底萨沧秀衷俭戳铣魂蜗返帖怎恨加督陇虱洋逝唆硼庚郝庙摧却拂虞隘集可浚括诉酒疵屑蜀矽慎断烈斯益翰已骋毛卤瞥隧零鸥旷孩缨呐尊嘴蒋给啦呢患险孔臼孤插浊欲枚豁走刨篡亚宙拦幅蜘斥山栓第押姻还帘愉秦统凌望孪蛛痞码异驱傣气勿硒点嫉咎侥锦候棋容圣天廖垒酋青表霖绊需锋扩台曼佩滥祸恒蝶棉嫁赏疫揭逻溢责流绍趁鄙绸玫凯沛楼桨掠殆袱网捏亦滤侣蚕椰审脐宗坏奏奉梨况锈捆瑟缘办网什它返咆捉兆窝枕耍哄苍琶踌靡至铣勇澎倍刹胳孕物极丢劈泞椰山幽汀容喷似汁咸咖殴嗓裙呐掘徐属蒙跺胶鲁
4、痘帧鄂担鸡峭泌泌塑恿设绣畴杂抓传壤沉糙促沽喷副框沼便揩迫露微型机械整理资料第一篇 中文资料整理一、微型机械的概念及特点微型机械（Micromachine，日本惯用词）或称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Syetems，即MEMS，美国惯用词）或微型体统（Micro syetems，欧洲管用词）是指可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通信电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为1nm一10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间
5、短；集约高技术成果，附加价值高等。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化业。微型机械技术是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，它研究和控制物质结构的功能尺寸或分辨能力，达到微米至纳米尺度。微型机械技术涉及电子、电气、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学、光学、医学以及生物技术等多种工程技术和科学并集约了当今科学技术的许多尖端成果。微型机械的特点决定了它广泛的应用前景。微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微型器件采用大批
6、量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。在21世纪，微型机械将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等的发展产生重大影响。二、微型机械加工技术微型机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技、经济的发展和国防建设息息相关。微型机械加工技术的发展也有着巨大的产业化应用前景。微型机械加工技术是指制作微机械或微型装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展最早是与大规模集成电路密切相关的，集成电路要求在微小面积的半导体材料上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂而完善的电路，电路微细图案中的最
7、小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术和标志，微细加工对微电子工业而言就是种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄膜图形的先进制造技术。目前微型机械加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工工艺和体加工工艺，80年代中期以后在LIGA（光刻电铸）加工、准LIGA加工、超微细机械加工、微细电火花加工（EDM）、等离子体加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、快速原型制造（RPM）以及键合技术等微细加工工艺方面取得了相当大的进展。1、国外技术现状1959年，Richard P.Feynman（1965年诺贝尔物理奖获得者）就提出了微型机械的设想。1962年第一
8、个硅微型压力传感器问世。其后开发出尺寸为50-500m的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微型机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针，后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60-12m的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等学校与研究机构的高度重视。美国的MlT、Berkeley、Stanford、ATT和NSF的15名科学家在20世纪80年代未就提出“小机器、大机遇：关于新兴领域微动力学的报告”的国家建议书，声称“由于微动力学（微系
9、统）在美国的紧迫性，应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面”，建议中央财政预支费用为5年5000万美元，得到美国领导机构重视，连续大力投资，并把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。1994年发布的美国国防部国防技术计划报告，把MEMS列为关键技术项目。美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和其军事应用，现已建造一条MEMS标准工艺线以促进新型元件装置的研究与开发。美国工业界主要致力于压力传感器、位移传感器、应变仪和加速度表等传感器有关领域的研究。有关微型机械系统的工作几乎全部在大学进行，如康奈尔大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康星
10、大学等。劳伦兹利莫尔国家研究所也参于MEMS开发工作，加州大学伯克利传感器和执行器中心（BSAC）得到国防部和十几家公司资助1500万美元后，建立了1115平方米研究开发MEMS的超净实验室。日本通产省1991年开始启动一项为期10年的耗资250亿日元的“微型机械”大型研究计划，研制两台样机，台用于医疗，进入人体进行诊断和微型手术，另台用于工业，对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该汁划有筑波大学、东京工业大学、东北大学、早稻田大学和富士通研究所等几十家单位参加。欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资，德国首创的LIGA工艺为MEMs的发展提供了新的技术手段，并已成为
11、三维结构制作的优选工艺。欧共体组成“多功能微系统研究网络NEXUS”，联合协调46所企业和64个研究所的研究。瑞士在其传统的钟表制造业和小型精密机械工业的基础上也投入丁MEMS的开发工作，1992年投资为1000万美元。英国政府也制定了纳米科学计划，在机械、光学、电子学等领域列出8个项目进行研究与开发。为了加强欧洲开发MEMS的力量，一些欧洲公司已组成MEMS开发集团。目前已有大量的微型机械或微型系统被研制出来，例如：尖端直径为5m的微型镊子可以夹起一个红血球，尺寸为7mm x 7mm x 2mm的微型泵流量可达250lmin，能开动的3mm大小的汽车，在磁场中飞行的机器蝴蝶，以及集微型速度计
12、、微型陀螺和信号处理系统为一体的微型惯性测量组合（MIMU）。德国创造丁LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及微型泵、微型喷嘴，湿度、流量传感器，多种光学器件。美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的1mm左右的微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。美国大批量生产的硅微加速度计把微型传感器（机械部分）和集成电路（电信号源、放大器、信号处理和自检正电路等）起集成在3mmX3mm硅片上。日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5m的微细轴。2、国内技术现状我国在科技部、国家自然科学基金委员会、教育部和总装备部的资助下，一直在跟踪国外的微型机械研究，积极开展MEMS的研究。现有微电
13、子设备和同步加速器为微系统研究提供了基本条件，微型驱动器和微型机器人的开发早已列入国家863高技术计划及攀登计划B中。已有近40个研究小组，取得了一些研究成果。广东工业大学与日本筑波大学合作，开展了生物和医用微型机器人的研究，已研制出一维、二维联动压电陶瓷驱动器，其位移范围分别为 5m和50mx50m，在此基础上，还研制出位移范围为50mx50mx50m，精度为0.1m的三自由度压电陶瓷驱动的微型机器人。哈尔滨工业大学研制出了电致伸缩陶瓷驱动的二自由度微型机器人，其位移范围为10mx10m，位移分辨率为0.01m，正在研制六自由度微型机器人；长春光学精密机器研究所研制出直径为3mm的压电电功机
14、、电磁电动机、微测试仪器和微操作系统。上海冶金研究所研制以直径为400m的多晶硅齿轮、气动涡轮、微静电电动机和压电电动机；清华大学开展并研制出了微电动机、多晶硅梁结构、微泵与阀。上海交通大学研制出直径为2mm的电磁电功机，南开大学开展了微型机器人的控制技术的研究等。3、微型机械的发展趋势微型机械的发展刚刚经历了十几年，在加工技术不断发展的同时发展了一批微小器件和系统，显示了巨大生命力。到2000年，压力传感器将居市场的主导地位（25）、其次为光学开关（21）、惯性传感器（20）、流体调节与控制（19）、大容量存储器（6）和其他器件（9）。1995年全世界微型机械的销售额为15亿美元，到2000
15、年将猛增至139亿美元，并带动2000亿美元的相关市场，显然微型机械及其加工技术有着巨大的市场和经济效益。微型机械是一门交叉科学，和它相关的每一技术的发展都会促使微型机械的发展。随着微电子学、材料学、信息学等的不断发展，微型机械具备了更好发展基础，加上巨大的应用前景和经济效益以及政府、企业的重视，微型机械发展必将有更大的飞跃，新原理、新功能、新结构体系的微传感器、微执行器和系统将不断出现，并可嵌入大的机械设备，提高自动化和智能化水平。三、微小型化的尺寸效应和纳米摩擦学1、微小型化的尺寸效应伴随着机械构件的微小化将出现尺寸效应，即制造微构件的材料性能特别是力学性能将发生很大变化，微型机械的微小型
16、化的尺寸效应通常出现在构件的一定尺寸范围内，尺寸效应反映在多方面：（1）力的尺寸效应。在微小尺寸领域，与特征尺寸的高次方成比例的惯性力、电磁力（L3）等的作用相应减小，而与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹性力（L2）、表面张力（L1）、静电力（L0）等的作用相对较大。（2）表面效应。随着尺寸的减小，表面积与体积之比相对增大，因而传导、化学反应等加速，表面间的摩擦阻力显著增大。（3）误差效应。对于微小构件，加工误差与构件尺寸之比相对增大，这可能使微小机械的特性受误差影响甚大。（4）材料性能。尺寸减小，材料内部缺陷减少，材料的机械强度大幅度增大。微型薄膜构件的弹性模量、抗拉强度、残余内应力、断裂韧性、疲劳强度等与传统构件的不尽相同，当尺寸减小到一定程度，有些表征材料性能的宏观物理量需要重新定义。2、纳米摩擦学随着尺寸减小，人们需进一步研究微动力学、微细管道流体特性、微小物体的热力特性、微观摩擦机理及仿真、
