先进制造技术-5-6微机械及微细加工技术

《先进制造技术-5-6微机械及微细加工技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、五、微机械及微细加工技术1、微机械简介现代制造技术的发展有两大趋势：一是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展，使现代制造成为一个系统，即现代制造系统的自动化技术。另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。探索有效实用的微细加工技术，并使其能在工业生产中得到应用。微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力，受到世界各国的高度重视并被列为21世纪的关键技术之首。比如，美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”；说明：　卫星有大型、小型卫星、微型卫星和纳米

2、卫星，区别是：小型卫星为一种可用常规运载器发射的航天器，质量为100～500kg；微型卫星定义为所有的系统和子系统都全面体现了微型制造技术，质量为10～100kg；纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星，质量为1～10kg。在航天发展史上，由于受运载能力及技术水平的限制，早期研制的卫星都采用小卫星方案，其重量只有几十千克。70年代末，由于大推力运载火箭的研制成功和设计与制造能力的提高，大型多功能卫星开始出现，卫星体积不断增大，功能也越来越复杂。随之而来的是成本不断攀升，风险逐渐增加。如一枚“大力神”／“半人马座”运载火箭连同所发射的侦察卫星价值可

3、达10.5亿美元以上，一旦发射失败就会造成严重的损失。而且，卫星一旦被淘汰，形成严　重的太空污染。为此，航天界又将目光重新投向了小卫星。由于技术的进步，特别是微电子技术的进步，新一代的小卫星采用了许多小型高性能电子部件，但它们同样具有一些大型卫星才有的功能，并为小卫星进一步微型化，进而为微型卫星、纳米卫星的发展奠定了基础。纳米卫星的概念最早是由美国宇航公司于1993年在一份研究报告中首次提出的，它带来了小卫星设计思想上的根本变革。纳米卫星是以微机电一体化系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星

4、，重量在10千克以下，甚至可降低到0.1千克以下。微小型卫星具有研制周期短、更新换代快、造价低、能快速发射等诸多优点，特别适用于在局部战争中的战区通信和对战区进行短期侦察、监视和跟踪等。面对未来局部战争时间上的突发性、战争爆发地点的不确定性和战场瞬息万变等情况，这些都需要战场指挥员根据具体要求应急发射小卫星，并在24—72小时内　完成部署。目前的纳米卫星大多还处于演示和试验阶段，一旦真正投入实际应用以后，由于其技术已经成熟，卫星生产成本将降低，并且由于其重量轻、体积小，可一箭多星发射，发射成本也将大大低于一般卫星。另外，卫星的研制将不再需要大型的试

5、验设施和厂房，可以在大学或研究所的实验室里研制，研制费用也大大降低。研制、生产和发射成本的降低，将促进其商业化。1、1微机械的特点微机械之所以受到人们的关注，是因为它具有诱人的特点：(1)体积小、重量轻、精度高。其体积可小至亚微米以下（小于20微米，人眼已　不能分辨），重量可轻至纳克，尺寸精度可高达纳米级。已经制出了直径细如发丝（头发丝的直径约0.07mm）的齿轮、能开动的3mm大小的汽车和花生米大小的飞机。注：蚂蚁腿上的齿轮：蚂蚁身长约3.6毫米，腿的直径约0.16毫米(2)性能稳定、可靠性高。由于微机械器件的体积极小，几乎不受热膨胀、噪声及挠曲

6、变形等因素的影响，因此具有较高的抗干扰能力，可在较差的工作环境下稳定地工作。(3)能耗小、响应快、灵敏度高。完成相同的工作，微机械所消耗的能量仅为传统机械的十几分之一或几十分之一，而运作速度却可达其10倍以上。如微型泵的体积可以做到(5mm×5mm×0．7mm)，远小于小型泵，但其流速却可达到小型泵的1000倍。由于机电一体的微机械不存在信号延迟等问题，因此更适合高　速工作。(4)多功能化和智能化，既能感知环境又能控制环境。许多微机械集传感器、执行器和电子控制电路等为一体，特别是应用智能材料和智能结构后，更利于实现微机械的多功能和智能化。(5)适于

7、大批量生产，制造成本低廉。微机械能够采用与半导体制造工艺类似的生产方法，像超大规模集成电路芯片一样，一次制成大量完全相同的零部件，因而可大幅度降低制造成本。如美国的研究人员正在用该技术制造双向光纤通信所必须的微型光学调制器。通过巧妙的光刻技术制造芯片，做一块芯片只需几美分，而过去则要花5000美元。1、2微机械的优势　从功用上看，微机械具有以下一般机械所不能及的优势：(1)首先表现在活动空间、操作对象和工作环境上。微机械能够进入极狭小的空间进行作业，且不易对环境造成不必要的影响与破坏。在医学上，微机械可游弋于人体血管，去清除血栓或其它病理组织；在工

8、程上，可以进入精密机械或仪器内部进行故障检修或其它操作。微机械还可以面对很脆弱、易损伤的工作对象，例如接通大脑中的细微神经