微米/纳米技术在机械加工中的应用

　　科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足纳米级，人们把这个领域的技术称之为微米/纳米技术（Micro&Nano-Technlogy）。

　　当前，微米/纳米技术在国际上已使人类在改造自然方面进人一个新的层次，即以微米层次深人到原子、分子级的纳米层次，它作为21世纪出现的高技术，发展十分迅猛，并由此开创了纳米电子、纳米材料、纳米生物、纳米机械、纳米制造、纳米测量等新的高技术群。

　　一、微米技术

　　1.微小尺度的设计理论研究

　　微型系统的设计并非简单的机械微小化，而需要从物理及物质相互作用等方面进行重新研究，形成一整套的设计理论与方法。其研究重点应包括微动力学、微流体力学、微热力学、微机械学、微光浒学等，并且注重现代设计方法如CA0技术、仿真与虚拟现实技术等在微型系统设计中的应用，通过上述研究，解决微型系统设计中的尺寸效应`表面效应、误差效应及材料性能等的影响。

　　2.微细加工技术

　　微细加工技术包含超精机械加工、IC工艺、化学腐蚀、能量束加工等诸多方法。对于简单的面、线轮廓的加工，可以采用单点金刚石和CBN（立方氮化硼）刀具切削、磨削、抛光等技术来实现，如激光陀螺的平面反射镜和平面度误差要求小于30nm，表面粗糙度Ra值小于1hm等。而对于稍微复杂一点的结构，用机械加工的方法是不可能的，特别是制造复合结构，当今较为成熟的技术仍是IC工艺硅加工技术，如美国研制出直径仅为60～120um的硅微型静电电动机等。

　　3.精密测试技术

　　具有微米及亚微米测量精度的几何量与表面形貌测量技术亦已成熟，如具有0.01um精度的HP5528双频激光干涉测量系统，具有0.01um精度的光学与触针式轮廓扫描系统等。因此，目前精密测试技术的一个重要研究对象是微结构的力学性能，

　　4.微系统技术

　　在研究微系统设计、加工、测量的基础上，国内外较广泛地开展了微型传感、微执行机构、微电子信号处理等方面的研究工作，如已制作出微型力传感器、微型泵、微电机等。

　　二、纳米技术

　　纳米技术通常指纳米级0.1～100nm的材料、测量、控制和产品的技术。

　　纳米技术是科技发展的一个新兴领域，它不仅仅是将加工和测量精度从微米级提高到纳米级的问题，而是人类对自然的认识和改造方面，从宏观领域进人到物理的微观领域，深人了一个新的层次，即从微米层深人到分子、原子级的纳米层次。

　　1.纳米电子技术

　　在过去的们年里，晶体管的特征尺寸由10mm减小到小于1um，现在可实现在一个集成片上包含100万个单元，对于这种尺度的电子线路，宏观规律仍旧有效，然而未来一二十年的科技发展使尺寸进一步缩小10～100倍进人到纳米尺度，量子力学及电子的波动性就不能不再考虑了。

　　⒉纳米机械技术

　　纳米机械技术包括的领域很广，其研究基础包括纳米加工过程的动力学模拟、纳米构件与表面分子工程、纳米摩擦学等，这里所指的纳米机械是能实现纳米尺寸上某种功能的机械，如纳米制造设备及纳米执行器，纳米执行器能实现纳米尺度的移动与定位。

　　3.纳米材料技术

　　纳米材料技术是发展最早且研究最深人的学科。纳米材料由于其结构的特殊性，如大的表面比、小尺寸效应、界面效应、量子效应和量子隧道效应等一系列新的效应，使纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，从而使其在未来新材料上充当角色，如隐身材料，高灵敏度、高响应的传感材料，多功能复相陶瓷材料等。

　　4.纳米加工技术

　　纳米加工技术的发展面临两大途径：一方面是将传统的超精加工技术，如机械加工（单点金刚石和CBN刀具切削、磨削、抛光）（电化学加工（ECM）、电火花加工（EDM）、离子和等离子体蚀刻、分子束外延（MBE）、物理和化学气相沉积、激光束加工（LIGA）技术等向其极限精度逼近，使其具有纳米的加工能力。另一方面，开拓新效应的加工方法，如STM对表面的纳米加工，可操纵原子和分子，并对表面进行刻蚀。如美国的IBM公司利用STM将35个原子排出“IBM”三个字样，且在硅片上覆盖一层20nm厚的聚甲基丙烯甲酯（PMMA），再利用STM光刻，得到10nm宽的线条等。

　　5.纳米测量技术

　　以上所涉及有关纳米技术的研究，均离不开对它们的分析测试工作-纳米测量技术，或称之为纳分析和纳探针技术。其中，纳探针技术发展迅速并较为成熟，随着20世纪80年代STM的出现，使人们能直接观察到物质表面的原子结构，把人们带到了微观世界。