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1、关于微型机械加工的发展现状研究孙晓娜（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁 阜新市 123000）摘要：微型机械加工技术是21世纪核心技术之一，本文扼要介绍有关微型机械加工技术技术的基础性概念，国内外微型机械加工技术的发展现状及其发展新模式和新趋势关键词 ：兴起；微型机械；加工技术；应用；关键技术；发展现状；发展趋势 1 微型机械加工技术的兴起人类在面临环境污染日益加重的情况下,提出了可持续发展的战略.该战略要求建立社会和经济的发展必须与资源和环境的保护相协调的模式.这就要求人们对环境中诸如大气、水的理化参数等指标的检测手段具有先进性、适时性和综合性.利用微型机机械系统灵敏度高、可靠性好、多功能
2、和高集成的特点进行环境检测和污染评价,以减少像发电机、化工厂、汽车和飞机所造成的污染是非常方便的.例如,研制集测量pH值、流量和成分分析等功能于一体的多功能传感器就能在监测多种污染方面发挥很好的作用1.人类追求美好生活的愿望越来越受到资源因素的约束,解决这一矛盾的有效途径有两条:一是开发利用新资源;二是充分、高效地利用现有资源.微型机械技术在解决这一矛盾的二个途径上均有独到的优势.从已研制出的静电型微电机和压电型微电机来看,它们分别利用静电和超声波来做驱动能源.由于微型机械的能耗低、效率高,这就为人类解决资源问题“另辟蹊径”.微型机械的出现为人类战胜疾病提供了强有力的武器和手段.微型机械体积小
3、、重量轻、能耗低,能进入一般机械无法进入的微小空间作业,且能进行精细操作,加之又能与微电子集成和接口,有利于简化结构并强化功能.例如,将微型传感器用口服或皮下注射的方法送入人体,就可以对体油脂沉积物,可除去体中的胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞.微型机械在现代医疗技术中的应用潜力十分巨大,它为人类最终征服各种绝症和延长寿命带来了希望.微型机械在其他领域同样具有巨大的应用潜力.在宇航中,可将全集成气相色谱微系统散布在广漠的太空,进行星际物质和生命起源的探测;在工业中,可用大量一次性微型机器人去清除锈蚀,检查和维修高压容器的焊缝;在超大规模集成电路制造中,可用微型气体精控器、微真空操作器以及微定
4、位器等来提高兆级VLSI的加工精度制造水平;在航空器和汽车的前部装上微型远红外导航仪,就能早期发现目标和前方障碍;在军事中,将微齿轮组织的“强链”微型机械用于核武器安全装置,可避免核武器由雷击引起的突发事故.2 微型机械加工技术概念微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、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、通讯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：1m-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、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩
5、小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展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小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志，微细加工对微电子工业而言就是一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模图形的先进制造技术。目前微型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和体加工工艺，上世纪八十年代中期以后在LIGA 加工（微型
6、铸模电镀工艺）、准LIGA 加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）、等离子束加工、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相当大的进展。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，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。微细机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而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，更是与国家科技发展、
7、经济和国防建设息息相关。微型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。3 关键技术和前沿关键技术3.1 关键技术微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。当一个系统的特征尺寸达到微米级和纳米级时，将会产生许多新的科学问题。例如随着尺寸的减少，表面积与体积之比增加，表面力学、表面物理效应将起主导作用，传统的设计和分析方法将不再适用。为摩擦学、微热力这等问题在微系统中将至关重要。微系统尺度效应研究将有助于微系统的创新。微型机械不是传统机械直接微型化，它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统机械截然不同。
8、微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。在微系统的研究工作方面，一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应，微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其中包括微型机械设计微细加工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。3.2 前沿关键技术（1） 微系统设计技术。微系统设计技术主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和拟实技术、微系统建模等，微小型化的尺寸效应
9、和微小型理论基础研究也是设计研究不可缺少的课题，如：力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。战（2药） 枪微细膜加工次技术谋. 涉微细旗加工虑技术硬主要柳指高漂深度遍比多孙层微次结构炉的硅罗表面谨加工旱和体族加工扮技术爬，利亮用X刃射线腹光刻勿、电尺铸的框LI训GA蚂和利告用紫欠外线洞的准派LI撇GA高加工妥技术径；微摄结构兔特种什精密鲜加工滨技术伞包括梯微火梯花加梢工、涂能束侍加工乏、立夫体光岔刻成捕形加胖工；抵特殊彼材料们特别圆是功纳能材互料微吐结构菊的加感工技俭术；嘱多种迁加工桨方法浓的结骗合；眉微系茧统的贫集成各技术剩；微吨细加室工新隐工艺铃探索
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