微細(xì)加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個(gè)分支，面向微細(xì)加工的電加工技術(shù),激光微孔加工、水射流微細(xì)切割技術(shù)等等在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，振興我國國防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對未來的國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進(jìn)國家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴(kuò)大投資和加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與開發(fā)。所以我們有理由有必要加快這一領(lǐng)域的發(fā)展和開發(fā)進(jìn)程。
微細(xì)加工技術(shù)應(yīng)滿足下列功能：
1）為達(dá)到很小的單位去除率（UR），需要各軸能實(shí)現(xiàn)足夠小的微量移動(dòng)，對于微細(xì)的機(jī)械加工和電加工工藝，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米，電加工的UR最小極限取決于脈沖放電的能量。
2）高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，它要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌主承系統(tǒng)以及高精度跟蹤性能的伺服系。
3）高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，盡量減少由于制造和裝配誤差引起的各軸的運(yùn)動(dòng)誤差。
4）高的定位精度和重復(fù)定位精度。
5）低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
6）刀具的穩(wěn)固夾持和高的重復(fù)夾持精度。
7）高的主軸轉(zhuǎn)速及極低的動(dòng)不平衡。
8）穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。
9）具有刀具破損和微型鉆頭折斷的敏感的監(jiān)控系統(tǒng)。

微細(xì)加工技術(shù)是指加工微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。從廣義的角度來講，微細(xì)加工包括各種傳統(tǒng)精密加工方法和與傳統(tǒng)精密加工方法完全不同的方法，如切削技術(shù)，磨料加工技術(shù)，電火花加工，電解加工，化學(xué)加工，超聲波加工，微波加工，等離子體加工，外延生產(chǎn)，激光加工，電子束加工，粒子束加工，光刻加工，電鑄加工等。從狹義的角度來講，微細(xì)加工主要是指半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，因?yàn)槲⒓?xì)加工和超微細(xì)加工是在半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時(shí)代微電子時(shí)代，光電子時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。
微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、精度的表示方法
在微小尺寸加工時(shí)，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小來表示，從而引入加工單位尺寸的概念。
2、微觀機(jī)理
以切削加工為例，從工件的角度來講，一般加工和微細(xì)加工的最大區(qū)別是切屑的大小。一般為金屬材料是由微細(xì)的晶粒組成，晶粒直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米。一般加工時(shí),吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個(gè)連續(xù)體來看待，因此可見一般加工和微細(xì)加工的機(jī)理是不同的。
3、加工特征
微細(xì)加工和超微細(xì)加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工對象，以電子束、技工束、粒子束為加工基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進(jìn)行各種處理。
在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域起步最早和技術(shù)領(lǐng)先的國家是美國，其次是日本和歐洲的一些國家。美國超微米和摩爾實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)合碳化物公司、摩爾公司、杜邦公司等在國際上均久負(fù)盛名。美國最早研制了能加工硬脆材料的6軸數(shù)控超精密研磨拋光機(jī)；聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了直徑為800mm的非球面光學(xué)零件的超精密加工機(jī)床；勞倫斯.利佛摩爾實(shí)驗(yàn)室還開發(fā)了能加工陶瓷、硬質(zhì)合金、玻璃和塑料等難加工材料的超精密切削機(jī)床，在半導(dǎo)體工業(yè)、航空工業(yè)和醫(yī)療器械工業(yè)中投入使用；珀金-埃爾默等公司用超精密加工技術(shù)加工各種軍用紅外零部件。
日本對超精密技術(shù)的發(fā)展也十分重視，70年代初，日本成立了超精密加工技術(shù)委員會(huì)，制定了技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，成為此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展速度最快的國家。日本現(xiàn)有20多家超精密加工機(jī)床研制公司，重點(diǎn)開發(fā)民用產(chǎn)品所需的加工設(shè)備并力圖使設(shè)備系列化，成批生產(chǎn)了多品種商品化的超精密加工機(jī)床。在超精密切削技術(shù)發(fā)展比較成熟后，日本已將黑色金屬、陶瓷和半導(dǎo)體功能材料的超精密加工技術(shù)作為重要的研究開發(fā)項(xiàng)目。日本的研究創(chuàng)新意識強(qiáng)，不是單純地模仿國外的做法，而是積極地利用外國技術(shù)并結(jié)合本國特點(diǎn)和生存環(huán)境，走出了一條自己的發(fā)展道路。
歐洲等國也將超精密加工技術(shù)的發(fā)展放在重要位置，60年代起英國開始研究超精密加工技術(shù)，克蘭菲爾德大學(xué)精密工程研究所相繼研制出能加工大型非球面反射鏡的數(shù)控金剛石立式車床、加工大型非對稱結(jié)構(gòu)光學(xué)零件的數(shù)控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工藝?，F(xiàn)已成立了國家納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)，正在執(zhí)行國家納米技術(shù)研究計(jì)劃。德國和瑞士也有比較強(qiáng)的超精密加工能力。1992年后，歐洲實(shí)施了一系列的聯(lián)合研究與發(fā)展計(jì)劃，加強(qiáng)和推動(dòng)超精密加工技術(shù)的發(fā)展。超精密車削、磨削和研磨是已經(jīng)發(fā)展成熟并大量應(yīng)用的加工技術(shù)。日本開發(fā)了外圓和平面等多種類型的研磨機(jī)，美國也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨機(jī)。
另外，國外還大力發(fā)展了超精密拋光技術(shù)，以獲得高的表面質(zhì)量。美、日、英等國投入了大量資金和人力開發(fā)了離子束拋光工藝，以加工高精度的光學(xué)器件。美國還研制了邊拋光邊測量的離子束拋光機(jī)，拋光非球面鏡的精度達(dá)λ/50。納米級制造技術(shù)是超精密加工技術(shù)的頂峰，其研究需要有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和豐厚的物質(zhì)條件，美國、日本和英國正在進(jìn)行一些研究項(xiàng)目，包括聚焦電子束曝光、準(zhǔn)分子激光蝕刻和掃描隧道顯微鏡納米加工技術(shù)等。聚焦電子束曝光可通過計(jì)算機(jī)控制繪制出任意形狀的圖形，而且不損傷材料。準(zhǔn)分子激光束通過與被加工材料表面起直接反應(yīng)進(jìn)行蝕刻，沒有對加工部位的照射損傷和放電破壞，可達(dá)到納米級的蝕刻精度。掃描隧道顯微鏡技術(shù)是利用掃描隧道顯微鏡探針的尖端俘獲單個(gè)原子或單個(gè)分子，并向被加工表面?zhèn)鬏敚蛘邚谋患庸け砻鎰冸x單個(gè)或成團(tuán)的原子和分子，從而形成所需的納米級結(jié)構(gòu)。美國和日本都已掌握了此項(xiàng)技術(shù)，在金屬晶體或非金屬晶體表面制造出了單個(gè)原子寬的線條和圖形。該技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是可適應(yīng)多種加工環(huán)境，在高真空中、空氣中、金屬有機(jī)物氣體中或溶液中都能在硅、砷化鎵等電子材料、石英、陶瓷、金屬和非金屬材料上加工出納米級的線條和圖形，為航空微電子元器件和微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。
最早開發(fā)的復(fù)合超精密加工技術(shù)是超精密振動(dòng)金剛石刀具切削工藝，美國宇航動(dòng)力集團(tuán)采用該工藝加工了激光陀螺玻璃腔體，日本加工了平面和圓度達(dá)0.1μm的柱形零件。近年來，復(fù)合超精密加工技術(shù)更有了長足發(fā)展，日本理化研究所開發(fā)的在線電解修整復(fù)合磨削技術(shù)，能高效磨削球面、非球面和平面透鏡等高硬度和高脆性電子和光學(xué)材料的功能零件，以及塑性金屬零件，尺寸和形狀精度達(dá)亞微米，表面粗糙度達(dá)納米級。如：采用該技術(shù)加工鍍膜SiC材料的球面、非球面和平面透鏡等光學(xué)零件，直徑100mm、曲率半徑2000mm的球面透鏡磨削后的形狀精度為0.2μm，表面粗糙度值為Ra0.0076μm；200mm×200 mm的平面透鏡磨削后，在Φ150mm范圍內(nèi)測量的平面度為0.6μm，表面粗糙度值為Ra0.006μm。等離子化學(xué)氣化加工和流體拋光技術(shù)也是目前國外開發(fā)的比較實(shí)用的加工技術(shù)，主要針對電子和光電等功能材料零件的超精密加工，可加工出任意形狀的零件。
目前，采用等離子化學(xué)氣化加工技術(shù)已制成了納米級精度和表面無缺陷的非球面透鏡，加工效率接近于機(jī)械加工的水平。采用流體拋光技術(shù)可獲得深度均勻的矩形窄縫、有拋物線形相交截面的半圓柱體。超精密加工技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已有近40年的發(fā)展歷史，其生命力不僅在于包括航空技術(shù)在內(nèi)的高科技發(fā)展對它的需求，而且在于它綜合利用了高科技進(jìn)步的成果，更重要的是在利用這些成果的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，將其以新穎的構(gòu)思巧妙地加以重組不斷獲得新的設(shè)備和工藝技術(shù)，模塊式超精密加工機(jī)床的誕生和復(fù)合超精密加工技術(shù)的出現(xiàn)就是很好的例證。
1、中藥精細(xì)加工（氣流粉碎技術(shù)）
氣流粉碎是高速碰撞與密閉粉碎，物料間彼此碰撞的概率大，粉塵也無泄漏。粉碎是中藥材加工和中藥制劑生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)。中藥自古就有"水飛"、"挫"、"搗"等精細(xì)加工方法，其主要應(yīng)用對象是礦物藥、貴重藥和具有特殊性質(zhì)的中藥，但處理量極少。我國現(xiàn)有中藥加工傳統(tǒng)工藝采用錘擊式、球磨式、萬能磨粉式、流能式截切式、滾筒式多種粉碎機(jī)械，由于粉碎方式不同，對于粉末的粒度、出粉率、以及有效成分的保存等方面都有一定局限，且采用非密閉制粉，造成粉塵泄漏大，收粉率不高，對于具有特殊性質(zhì)的物料如熱敏性、低融點(diǎn)、成分易破壞藥材的處理，以及提高收粉率方面仍未得到根本的解決。氣流粉碎機(jī)的發(fā)展為中藥的精細(xì)加工提供了可靠的保證。最新一代的CF系列流化床式氣流粉碎機(jī)是在消化吸收國內(nèi)外同類設(shè)備的技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，集世界上先進(jìn)的多噴管技術(shù)、流化床技術(shù)、臥式分級技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)了流場多元化、料層液態(tài)化與分級臥式化的優(yōu)化體系，體現(xiàn)了氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于超細(xì)粉碎和分級工藝中的最新成果。為該技術(shù)應(yīng)用于中藥的精細(xì)加工提供了技術(shù)保證。
2、激光微細(xì)加工系統(tǒng)
激光微細(xì)加工系統(tǒng)可對塑料、玻璃、陶瓷及金屬薄膜等多種材料進(jìn)行加工，精度可以做到微米級。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體及微電子加工、生物醫(yī)療器械生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)制造業(yè)、MEMS、MST、電子通訊等各個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)組成包括有：激光器、光路系統(tǒng)、調(diào)節(jié)平臺(tái)、控制器，能滿足您不同的加工要求。同時(shí)為您提供從紫外到紅外(Excimer、Solid state、CO2)廣泛光譜范圍內(nèi)的激光材料處理技術(shù)。
3、飛秒激光超微細(xì)加工 (femtosecond laser micro machining)
飛秒激光用于超微細(xì)加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)飛秒
激光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。與飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛秒激光超微細(xì)加
工與先進(jìn)的制造技術(shù)緊密相關(guān)，對某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動(dòng)作用。飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激光、光電子行業(yè)中的一個(gè)極為引人注目的前沿研究方向。用激光超短脈沖進(jìn)行材料處理（或加工）不僅可以改進(jìn)現(xiàn)有激光材料微加工的不足之處，而且還可以完成傳統(tǒng)激光加工無法做到的事情。飛秒激光能夠具備極高的三維光子密度，對種材料實(shí)現(xiàn)逐層、微量加工；飛秒激光加工的熱影響區(qū)域(Heat affected zone)極小，并且不存在長脈沖激光或連續(xù)激光加工中的等離子體屏蔽效應(yīng)，這就使得其能量利用效率和加工精度都非常之高。當(dāng)用飛秒激光加工透明介質(zhì)材料時(shí)，加工過程不受材料本身的線性吸收系數(shù)的影響，同時(shí)，對材料表面或內(nèi)部的缺陷不敏感。此外，從光和物質(zhì)相互作用的角度來看，飛秒激光加工涉及的主要是多光子電離的過程，在機(jī)理上不同于傳統(tǒng)激光加工。因此，飛秒激光進(jìn)行微加工有固定的加工閾值，加工和不加工有著明顯的區(qū)分，因此加工過程重復(fù)性好?？梢灶A(yù)計(jì)飛秒激光超微細(xì)加工技術(shù)在微電子、生物芯片和新型材料等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中都將有廣泛應(yīng)用。飛秒激光超微細(xì)加工中的“加工”二字具有廣義性。它可以是對物質(zhì)在原子、分子水平上的操縱(manipulation)，或者是對物質(zhì)在微小區(qū)域內(nèi)某些重要屬性的改變與處理(processing)，而并非只是通常人們所理解的“機(jī)械加工”。飛秒激光超微細(xì)加工不僅具有通?；A(chǔ)應(yīng)用研究的特征，而且涉及到激光物理、原子分子物理、激光束光學(xué)、材料科學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、等離子體物理、流體氣體力學(xué)等廣泛知識，屬于跨學(xué)科的研究。飛秒激光超微細(xì)加工往往是在極小的空間、極短的時(shí)間和極端的物理?xiàng)l件下對物質(zhì)進(jìn)行加工的?？梢哉f，“超微”與“超快”的組合是飛秒激光超微細(xì)加工的獨(dú)特之處。一定強(qiáng)度的飛秒激光可以用于對任何材料的精細(xì)加工，從金剛石到生物透析膜，從烈性炸藥到MEMs器件等都有實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)道
4、“龍芯2號”
“龍芯2號”是國家“863”計(jì)劃和中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程共同支持的重大項(xiàng)目，其目標(biāo)是在2004年中期，用0.18微米的工藝，實(shí)現(xiàn)主頻500MHz、SPEC CPU 2000測試分值超過300的64位通用CPU芯片。SPEC分值的指標(biāo)意味著這款芯片的實(shí)際性能與1GHz的奔騰4差不多，是龍芯1號實(shí)測性能的10-15倍。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，龍芯2號采用了先進(jìn)的四發(fā)射超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)(即每個(gè)時(shí)鐘周期可以同時(shí)執(zhí)行4條指令)、5個(gè)強(qiáng)大的功能部件、亂序執(zhí)行機(jī)制、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)訪問機(jī)制及更大的片上高速緩存。在具體實(shí)現(xiàn)方面，龍芯2號逐步采用全定制的設(shè)計(jì)技術(shù)，并通過多次流片，不斷驗(yàn)證新的功能，不斷提高時(shí)鐘頻率和實(shí)際性能。
5、基因芯片技術(shù)
基因芯片技術(shù)是近年來快速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域前沿?zé)衢T課題。國內(nèi)急需且市場前景看好的生物芯片制作和生物芯片檢測關(guān)鍵儀器有——激光共聚焦生物芯片掃描儀和CCD生物芯片檢測儀CCD生物芯片掃描儀利用CCD攝像原理的圖象檢測系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、檢測速度快、成本低。主要關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)為：提高CCD接收靈敏度和降低噪聲技術(shù)；提高CCD動(dòng)態(tài)響應(yīng)技術(shù)；多波長激發(fā)光源、聚焦、準(zhǔn)直和濾波技術(shù)；氙燈光源控制技術(shù)；照明均勻性控制技術(shù)；圖象平滑濾波、自適應(yīng)背景確定、樣品斑點(diǎn)識別、數(shù)據(jù)提取、存貯和顯示技術(shù)。
激光共聚焦生物芯片掃描儀采用激光作激發(fā)光源，采用PMT檢測熒光信號，因而具有較高的靈敏度，可以完成較大面積的掃描，并且具有很高的分辨率。主要關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)為：不同波長多個(gè)激發(fā)激光器系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)和光束縮小、定向技術(shù)；激光窄帶濾光片設(shè)計(jì)、鍍膜制備技術(shù)，高靈敏度熒光分子探測技術(shù)，高精度快速掃描技術(shù)，整機(jī)控制和智能界面操作技術(shù)；數(shù)據(jù)判讀、處理和顯示軟件技術(shù)。
6、i線深度刻蝕曝光光刻機(jī)
i線深度刻蝕曝光光刻機(jī)在微電子、微光學(xué)、微機(jī)械系統(tǒng)、紅外器件、準(zhǔn)LIGA及聲表面波等器件的研制和生產(chǎn)中都有應(yīng)用前景。該機(jī)在深度光刻中具有突出特色，采用1000W大功率汞燈照明電源系統(tǒng)，采用球氣浮自動(dòng)調(diào)平調(diào)焦技術(shù)及高倍率雙視顯微鏡與CCD圖像對準(zhǔn)技術(shù)。控制系統(tǒng)采用壓電陶瓷自動(dòng)閉環(huán)精確設(shè)定曝光間隙，自動(dòng)分離對準(zhǔn)間隙，具備接觸和絕對不接觸曝光方式和定時(shí)、定劑量兩種曝光劑量設(shè)定功能。采用特殊蠅眼透鏡平滑衍射效應(yīng)提高光刻分辨率等先進(jìn)技術(shù)。光刻分辨率達(dá)0.8μm-1μm，線條側(cè)壁陡度達(dá)85°，對深層光刻線條高寬比，孤立線條可達(dá)60：1，等間距線條優(yōu)于20：1。具有分辨力高、套刻準(zhǔn)、線條陡直、線條高寬比大、曝光速度快等特點(diǎn)。
如果進(jìn)入微觀世界，能夠捕獲一個(gè)或多個(gè)單原子，然后讓它們重新排列組合，那么就會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)本身發(fā)生某些變化，而這些變化將會(huì)對未來許多領(lǐng)域，及人類生活產(chǎn)生巨大影響。例如，我們把組成水分子的氫和氧分開，二者都是可以燃燒的。小的分子，只有足球體積的幾億分之一，用機(jī)械方法，幾乎是不可能捉住它，分子又是由原子組成的，操縱一個(gè)原子，就更難了，而光可以做到這一點(diǎn)。一束極細(xì)的激光，產(chǎn)生光子流，其動(dòng)量轉(zhuǎn)移給物體，形成光壓，再通過適當(dāng)?shù)墓鈭龇植迹梢园涯欠N極小的原子俘獲在一定的位置，并可方便把移動(dòng)它。實(shí)際上這就實(shí)現(xiàn)了對原子的操作。
控制原子或分子的手段叫光鑷，對分子原子進(jìn)行切割雕刻使用的是光刀。一種材料通過改變它的分子結(jié)構(gòu)及原子排列取向，進(jìn)而形成新布局，那么，它的性能就會(huì)發(fā)生很大變化，這樣未來我們所制造出來的電子器件，與現(xiàn)在相比，其功能相同，而體積則要小多少萬倍。
在以后的幾十年，隨著原子尺度加工技術(shù)不斷完善和提高，就會(huì)出現(xiàn)多種單原子器件和新型分子材料，如果把它們用制造機(jī)器人，最小型的就可以爬進(jìn)人的血管，進(jìn)行各種各樣的治療手術(shù)。同樣，用來制造衛(wèi)星，衛(wèi)星的體積，也會(huì)大大減少，到那時(shí)人類可能一次發(fā)射成千上萬顆用于各方面的衛(wèi)星，而到目前為止，人類在以往幾十年間，一共才把幾千顆衛(wèi)星送上天。通過科學(xué)分析和計(jì)算，改變了原子分子結(jié)構(gòu)的新型材料，具有更高的強(qiáng)度，更輕的重量，更好的絕熱和耐高溫性能，在空間領(lǐng)域，用來做太空船的外殼，引擎或其它方面，太空船會(huì)變得更輕、更快，能夠承受更為惡劣的環(huán)境，它會(huì)帶著人類走的更遠(yuǎn)，會(huì)征服更多的星球。在日常生活中，我們所看到的，用激光刻錄的光盤，已經(jīng)可以儲(chǔ)存較多的信息了，但這只是一種新的輸入方式，而光盤本身做為一種材料，容量還是有限的，如增加它的原子分子密度和改變它們?nèi)∠?，那么未來就可以把現(xiàn)在成千上萬強(qiáng)光盤的信息，放進(jìn)象手表大小的空間里。一座大型圖書館全部書籍可容進(jìn)一張光盤內(nèi)，你擁有了這張光盤，就擁有了一座圖書館。
在生物領(lǐng)域，各種各樣的原子和分子，以它特有的方式組合在一起，由此產(chǎn)生了世界萬物，如果利用光鑷光刀，把生命體的某些原子取出，然后，按照科學(xué)規(guī)律，重新組合，會(huì)出現(xiàn)什么樣的結(jié)果，科學(xué)樂觀的預(yù)測，這樣就有可能創(chuàng)造出具有生命力的新物質(zhì)，而它的存在形成，與我們常見的動(dòng)物、植物和生物會(huì)有所不同。同樣，利用光刀光鑷，修復(fù)DNA和某些有缺陷的遺傳基因，從而可以克服困擾人類的多種頑癥。
21世紀(jì)，人類進(jìn)入微觀世界。在原子分子尺度上，對物質(zhì)進(jìn)行操作和加工，無疑會(huì)展現(xiàn)出一種相當(dāng)美好的前景，并引起各方面的廣泛重視。
1、概念
微型機(jī)械加工或稱微型機(jī)電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)是只可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。
其主要特點(diǎn)有：體積?。ㄌ卣鞒叽绶秶鸀椋?μm-10mm）、重量輕、耗能低、性能穩(wěn)定；有利于大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短；集約高技術(shù)成果，附加值高。微型機(jī)械的目的不僅僅在于縮小尺寸和體積，其目標(biāo)更在于通過微型化、集成化、來搜索新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，開辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域，形成批量化產(chǎn)業(yè)。微型機(jī)械加工技術(shù)是指制作為機(jī)械裝置的微細(xì)加工技術(shù)。微細(xì)加工的出現(xiàn)和發(fā)展早是與大規(guī)模集成電路密切相關(guān)的，集成電路要求在微小面積的半導(dǎo)體上能容納更多的電子元件，以形成功能復(fù)雜而完善的電路。電路微細(xì)圖案中的最小線條寬度是提高集成電路集成度的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)志，微細(xì)加工對微電子工業(yè)而言就是一種加工尺度從微米到納米量級的制造微小尺寸元器件或薄模圖形的先進(jìn)制造技術(shù)。
目前微型加工技術(shù)主要有基于從半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工工藝中發(fā)展起來的硅平面加工和體加工工藝，上世紀(jì)八十年代中期以后在LIGA加工（微型鑄模電鍍工藝）、準(zhǔn)LIGA加工，超微細(xì)加工、微細(xì)電火花加工（EDM）、等離子束加工、電子束加工、快速原型制造（RPM）以及鍵合技術(shù)等微細(xì)加工工藝方面取得相當(dāng)大的進(jìn)展。微型機(jī)械系統(tǒng)可以完成大型機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。微型機(jī)械與電子技術(shù)緊密結(jié)合，將使種類繁多的微型器件問世，這些微器件采用大批量集成制造，價(jià)格低廉，將廣泛地應(yīng)用于人類生活眾多領(lǐng)域?？梢灶A(yù)料，在本世紀(jì)內(nèi)，微型機(jī)械將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向適用化，對工農(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物醫(yī)療、空間、國防等領(lǐng)域的發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。微細(xì)機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)非常重要而又非?；钴S的技術(shù)領(lǐng)域，其發(fā)展不僅可帶動(dòng)許多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，更是與國家科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)息息相關(guān)。微型機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展有著巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
2、國外發(fā)展現(xiàn)狀
1959年，RichardPFeynman（1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者）就提出了微型機(jī)械的設(shè)想。1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問世，氣候開發(fā)出尺寸為50~500μm的齒輪、齒輪泵、氣動(dòng)渦輪及聯(lián)接件等微機(jī)械。1965年，斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針，后來又在掃描隧道顯微鏡、微型傳感器方面取得成功。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~12μm的利用硅微型靜電機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制造小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力。
微型機(jī)械在國外已受到政府部門、企業(yè)界、高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視。美國MIT、Berkeley、Stanford\\AT&T和的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域--微動(dòng)力學(xué)的報(bào)告"的國家建議書，聲稱"由于MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目。美國國防部高級研究計(jì)劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用，現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線以促進(jìn)新型元件/裝置的研究與開發(fā)。美國工業(yè)主要致力于傳感器、位移傳感器、應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究。很多機(jī)構(gòu)參加了微型機(jī)械系統(tǒng)的研究，如康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、密執(zhí)安大學(xué)、威斯康星大學(xué)、老倫茲得莫爾國家研究等。加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心（BSAC）得到國防部和十幾家公司資助1500萬元后，建立了1115m2研究開發(fā)MEMS的超凈實(shí)驗(yàn)室。
日本通產(chǎn)省1991年開始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年、耗資250億日元的微型大型研究計(jì)劃，研制兩臺(tái)樣機(jī)，一臺(tái)用于醫(yī)療、進(jìn)入人體進(jìn)行診斷和微型手術(shù)，另一臺(tái)用于工業(yè)，對飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和原子能設(shè)備的微小裂紋實(shí)施維修。該計(jì)劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。
歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國家也相繼對微型系統(tǒng)的研究開發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資，德國自1988年開始微加工十年計(jì)劃項(xiàng)目，其科技部于1990~1993年撥款4萬馬克支持"微系統(tǒng)計(jì)劃"研究，并把微系統(tǒng)列為本世紀(jì)初科技發(fā)展的重點(diǎn)，德國首創(chuàng)的LIGA工藝，為MEMS的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段，并已成為三維結(jié)構(gòu)制作的優(yōu)選工藝。法國1993年啟動(dòng)的7000萬法郎的"微系統(tǒng)與技術(shù)"項(xiàng)目。歐共體組成"多功能微系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)NEXUS"，聯(lián)合協(xié)調(diào)46個(gè)研究所的研究。瑞士在其傳統(tǒng)的鐘表制造行業(yè)和小型精密機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)上也投入了MEMS的開發(fā)工作，1992年投資為1000萬美元。英國政府也制訂了納米科學(xué)計(jì)劃。在機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域列出8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究與開發(fā)。為了加強(qiáng)歐洲開發(fā)MEMS的力量，一些歐洲公司已組成MEMS開發(fā)集團(tuán)。
目前已有大量的微型機(jī)械或微型系統(tǒng)被研究出來，例如：尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個(gè)紅血球，尺寸為7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達(dá)250μl/min能開動(dòng)的汽車，在磁場中飛行的機(jī)器蝴蝶，以及集微型速度計(jì)、微型陀螺和信號處理系統(tǒng)為一體的微型慣性組合（mimu）。德國創(chuàng)造了LIGA工藝，制成了懸臂梁、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及微型泵、微型噴嘴、濕度、流量傳感器以及多種光學(xué)器件。美國加州理工學(xué)院在飛機(jī)翼面粘上相當(dāng)數(shù)量的1mm的微梁，控制其彎曲角度以影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性。美國大批量生產(chǎn)的硅加速度計(jì)把微型傳感器（機(jī)械部分）和集成電路（電信號源、放大器、信號處理和正檢正電路等）一起集成在硅片上3mm×3mm的范圍內(nèi)。日本研制的數(shù)厘米見方的微型車床可加工精度達(dá)1.5μm的微細(xì)軸。
3、中國現(xiàn)狀
我國在科技部、國家自然基金委，教育部和總裝備部的資助下，一直在跟蹤國外的微型機(jī)械研究，積極開展MEMS的研究?，F(xiàn)有的微電子設(shè)備和同步加速器為微系統(tǒng)提供了基本條件，微細(xì)驅(qū)動(dòng)器和微型機(jī)器人的開發(fā)早已列入國家863高技術(shù)計(jì)劃及攀登計(jì)劃B中。已有近40個(gè)研究小組，取得了以下一些研究成果。廣東工業(yè)大學(xué)與日本筑波大學(xué)合作，開展了生物和醫(yī)用微型機(jī)器人的研究，已研制出一維、二維聯(lián)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其位移范圍為10μm×10μm；位移分辨率為0.01μm，精度為0.1μm，正在研制6自由度微型機(jī)器人；長春光學(xué)精密機(jī)器研究所研制出直徑為Φ3mm的壓電電機(jī)、電磁電機(jī)、微測試儀器和微操作系統(tǒng)。上海冶金研究所研制出了微電機(jī)、多晶硅梁結(jié)構(gòu)、微泵與閥。上海交通大學(xué)研制出Φ2mm的電磁電機(jī)，南開大學(xué)開展了微型機(jī)器人控制技術(shù)的研究等。
我國有很多機(jī)構(gòu)對多種微型機(jī)械加工的方法開展了相應(yīng)的研究，已奠定了一定的加工基礎(chǔ)，能進(jìn)行硅平面加工和體硅加工、LIGA加工、微細(xì)電火花加工及立體光刻造型法加工等。
4、技術(shù)發(fā)展趨勢
微型機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展剛剛經(jīng)歷了十幾年，在加工技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)發(fā)展了一批微小器件和系統(tǒng)，顯示了巨大生命力。作為大批量生產(chǎn)的微型機(jī)械產(chǎn)品，將以其價(jià)格低廉和優(yōu)良性能贏得市場，在生物工程、化學(xué)、微分析、光學(xué)、國防、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療、通訊及信息處理、農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。當(dāng)前，作為大批量生產(chǎn)的微型機(jī)械產(chǎn)品如微型壓力傳感器、微細(xì)加速度計(jì)和噴墨打印頭已經(jīng)占領(lǐng)了巨大市場。目前市場上以流體調(diào)節(jié)與控制的微機(jī)電系統(tǒng)為主，其次為壓力傳感器和慣性傳感器。1995年全球微型機(jī)械的銷售額為15億美元，有人預(yù)計(jì)到2002年，相關(guān)產(chǎn)品值將達(dá)到400億美元。顯然微型機(jī)械及其加工技術(shù)有著巨大的市場和經(jīng)濟(jì)效益。
微型機(jī)械是一門交叉科學(xué)，和它相關(guān)的每一技術(shù)的發(fā)展都會(huì)促使微型機(jī)械的發(fā)展。隨著微電子學(xué)、材料學(xué)、信息學(xué)等的不斷發(fā)展，微型機(jī)械具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ)。由于其巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益以及政府、企業(yè)的重視，微型機(jī)械發(fā)展必將有更大的飛躍。新原理、新功能、新結(jié)構(gòu)體系的微傳感器、微執(zhí)行器和系統(tǒng)將不斷出現(xiàn)，并可嵌入大的機(jī)械設(shè)備，提高自動(dòng)化和智能水平。
微型機(jī)械加工技術(shù)作為微型機(jī)械的最關(guān)鍵技術(shù)，也必將有一個(gè)大的發(fā)展。硅加工、LIGA加工和準(zhǔn)LIGA加工正向著更復(fù)雜、更高深度適合各種要求的材料特性和表面特性的微結(jié)構(gòu)以及制作不同材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)、更易于與電路集成的方向發(fā)展，多種加工技術(shù)結(jié)合也是其重要方向。微型機(jī)械在設(shè)計(jì)方面正向著進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)器件和系統(tǒng)的特性分析和評價(jià)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方向發(fā)展，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
我國在微型加工技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域是生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、航空航天、工業(yè)與國防等領(lǐng)域，建設(shè)好幾個(gè)有世界先進(jìn)水平的微型機(jī)械研究開發(fā)基地，同時(shí)亦重視微觀尺度上的新物理現(xiàn)象和新效應(yīng)的研究，加速我國微型機(jī)械的研究與開發(fā)，迎接二十一世紀(jì)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)。
微型機(jī)械是一個(gè)新興的、多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，面臨許多課題，涉及許多關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的特征尺寸達(dá)到微米級和納米級時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生許多新的科學(xué)問題。例如隨著尺寸的減少，表面積與體積之比增加，表面力學(xué)、表面物理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法將不再適用。為摩擦學(xué)、微熱力這等問題在微系統(tǒng)中將至關(guān)重要。微系統(tǒng)尺度效應(yīng)研究將有助于微系統(tǒng)的創(chuàng)新。
微型機(jī)械不是傳統(tǒng)機(jī)械直接微型化，它遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇。微型機(jī)械在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)機(jī)械截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計(jì)、制造和測試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。
在微系統(tǒng)的研究工作方面，一些國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng)，微細(xì)加工工藝、微型機(jī)械材料和微型結(jié)構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機(jī)構(gòu)測量技術(shù)、微量流體控制和微系統(tǒng)集成控制以及應(yīng)用等方面取得不同程度的階段性成果。微型機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其中包括微型機(jī)械設(shè)計(jì)微細(xì)加工技術(shù)、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)、為系統(tǒng)的表征和測量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù)。

1、微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)
主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實(shí)技術(shù)、微系統(tǒng)建模等，微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計(jì)研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。
2、微細(xì)加工技術(shù)
主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù)，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準(zhǔn)LIGA加工技術(shù)；微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)；多種加工方法的結(jié)合；微系統(tǒng)的集成技術(shù)；微細(xì)加工新工藝探索等。
3、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)
主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對準(zhǔn)組裝技術(shù)，具有三維可動(dòng)部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。
4、微系統(tǒng)的表征和測試技術(shù)
主要有結(jié)構(gòu)材料特性測試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術(shù)，微型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評價(jià)技術(shù)。

結(jié)構(gòu)和零件的微型化是技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一，開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行的微細(xì)加工技術(shù)對于微型技術(shù)的發(fā)展有重要意義。目前，產(chǎn)業(yè)化的微細(xì)制造技術(shù)主要用在半導(dǎo)體工業(yè)，它們僅僅對大批量生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)的；在印刷制版術(shù)行業(yè)里使用的微細(xì)制造技術(shù)對所加工的幾何形狀及所能加工的材料又有很大的局限性。與這兩種制造技術(shù)比較，微細(xì)切削加工可以彌補(bǔ)上述的缺點(diǎn)，因此，開發(fā)微細(xì)切削技術(shù)是微細(xì)制造技術(shù)的新領(lǐng)域。
微細(xì)切削加工的第一批裝置是美國在60年代末開發(fā)的，主要用于加工光學(xué)件的表面，并由此誕生了超精加工技術(shù)。目前，在光學(xué)、電子和機(jī)械零件加工中達(dá)到了 微米和亞微米的精度和幾十個(gè)納米的表面粗糙度。在八十年代末，德國的卡魯斯厄研究中心把微細(xì)切削用于在微型元件的表面上加工微細(xì)的紋理，制造微型熱交換器：它們對一個(gè)圓筒上的銅箔或鋁箔用單晶金剛石制造的刀尖進(jìn)行切槽，最終做成一個(gè)微型的、效率很高的熱交換器。直到九十年代，微細(xì)切削主要是用金剛石刀具加工有色金屬零件。隨著微型技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，要求能加工更多樣化的材料，尤其是對鋼和陶瓷的微細(xì)切削，成為微細(xì)切削技術(shù)的發(fā)展方向。
1、金剛石--近乎理想的切削材料
在超精加工領(lǐng)域，單晶金剛石刀具幾乎是唯一得到實(shí)用的刀具。金剛石摩擦系數(shù)低，導(dǎo)熱率高，這對切削過程很利；它還有很高的硬度和可加工出接近原子尺 寸級的鋒利刃口，而制作鋒利的刃口是微細(xì)切削領(lǐng)域中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。一個(gè)亞微米級的鋒利刃口可以加工出幾納米數(shù)量級的表面粗糙度。鋒利的刃口及很低的摩擦系數(shù)，可大大減小切削力，這有利于微細(xì)切削加工的精度，也降低了對超精加工機(jī)床剛性的要求。
金剛石刀具適合加工鋁、純銅、黃銅以及銅鎳合金等。銅鎳合金有很高的硬度，在加工時(shí)可獲得極佳的表面質(zhì)量。金剛石不適合加工黑色金屬，為了使金剛石能夠加工鋼，正在開發(fā)一些裝置，有一個(gè)裝置效果很好。它把一個(gè)超聲振動(dòng)疊加在刀具的運(yùn)動(dòng)上，切削時(shí)使刀具的接觸時(shí)間大大減少，從而降低了切削溫度，抑制了金剛石向石墨的轉(zhuǎn)化。
微細(xì)切削來源于普通切削
微細(xì)切削的知識實(shí)際上是從普通的切削加工中獲得的，包括車、銑、鉆、磨，在個(gè)別情況下，微細(xì)加工也用鋸削或刨削。 目前研究最多、最成熟的是超精車削。例如制作壓制菲涅耳透鏡的有色金屬模具或制作表面粗糙度的樣塊。通過疊加一個(gè)由壓電晶體驅(qū)動(dòng)的高頻振動(dòng)到進(jìn)給機(jī)構(gòu)里，在與主軸回轉(zhuǎn)頻率和振動(dòng)適當(dāng)同步時(shí)，能產(chǎn)生不旋轉(zhuǎn)對稱的加工表面，達(dá)到磨光的鏡面。
在微細(xì)加工中，銑削也被認(rèn)為是最柔性的加工方法。用單齒的金剛石圓盤銑刀加工槽與前面所述的在薄膜上車槽比較，可以加工出各種角度交叉的?？捎糜谥圃靿褐乒鈱W(xué)柵格結(jié)構(gòu)的模具，如每毫米100線。已商品化的圓盤銑刀最小寬度約100μm。
用金剛石制造的帶柄銑刀，直徑約300μm，也已經(jīng)商品化。這種銑刀的結(jié)構(gòu)為通用的直槽單齒銑刀，也可制成有端刃的雕刻刀，它特別適合加工只有幾微米厚的隔板 。這種槽銑刀的缺點(diǎn)是最小的槽寬取決于刀具的直徑和裝夾的精度。

2、鋼是未來微細(xì)切削技術(shù)加工的對象
微細(xì)切削技術(shù)至今還局限于加工硅或非金屬材料，而各種人工合成材料已經(jīng)可用成形工藝進(jìn)行加工(包括硬而脆的和軟而韌的)，因此，下一步對鋼的加工就顯得很有必要。鋼的微細(xì)切削加工研究在德國始于九十年代，至今仍處于研究階段。其主要應(yīng)用領(lǐng)域在工模具行業(yè)，模具的耐磨性是成形加工經(jīng)濟(jì)性的重要前提，尤其當(dāng)模具的結(jié)構(gòu)有很高的深度--寬度比時(shí)，其材料的抗彎強(qiáng)度對成形加工的可靠性有決定性的意義，有時(shí)甚至關(guān)系到是否能夠成形。
鋼的微細(xì)切削不能用金剛石刀具，主要用硬質(zhì)合金銑刀。硬質(zhì)合金是由很多晶粒組成的燒結(jié)體，其晶粒的大小決定刀刃的微觀鋒利程度。因此，不能加工出像用金剛石刀具所獲得的表面質(zhì)量，但由于價(jià)格低并能加工鋼，因此目前仍然是對鋼進(jìn)行微細(xì)切削的主要刀具。
為了有鋒利的刀刃，通常采用鎢鈷類的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金刀具的晶粒尺寸為0.5μm～1.0μm，其切削刃圓弧半徑為幾微米。 為了開發(fā)鋼的微細(xì)切削技術(shù)，德國卡魯斯厄大學(xué)的機(jī)床和制造技術(shù)學(xué)院首先進(jìn)行了硬質(zhì)合金圓盤銑刀的試驗(yàn)，刀具寬度為0.15mm。用銑刀作十字交叉的切削，工件硬度為52HRC的調(diào)質(zhì)鋼，加工出如圖5所示的高1mm截面0.2×0.2mm2的一排排作為合成材料或粉末注射材料模具的棱柱。
適合微細(xì)切削的硬質(zhì)合金帶柄銑刀在工業(yè)上已被廣泛采用，有涂層的和不涂層的，最小直徑為0.1mm，個(gè)別工具制造商可生產(chǎn)直徑為50μm的銑刀。為避免刀具意外的折斷和提前磨損，在加工像鋼這樣的硬材料時(shí)，要注意加工過程
的安全和機(jī)床的平穩(wěn)，所以要求機(jī)床具有足夠的剛性和動(dòng)態(tài)性能，采用高的切削速度和中等的每齒進(jìn)給量，以保證刀具的切入。
硬質(zhì)合金微型銑刀的制造存在著一些難題，即除了要在不均質(zhì)的刀具材料上加工出鋒利的刃口外，還要對直徑為零點(diǎn)幾毫米的銑刀進(jìn)行磨削，使之承受磨削力的作用，為解決這一難題，可選擇一種不產(chǎn)生切削力的加工方法(如激光加工)。用銑削的方法可加工出形狀復(fù)雜的表面，也可加工用工具鋼制造的100μm以下的零件。
磨削是專門用于硬而脆的材料的加工，使微型元件能用玻璃、陶瓷、硅或硬質(zhì)合金制造。目前用于硅片切割的零點(diǎn)幾毫米寬的砂輪已商品化，通常用經(jīng)鍍鎳或鉻的金剛石磨料作砂輪的材料，最近還開發(fā)了CVD涂覆金剛石的硬質(zhì)合金成形砂輪。
與刀具相似，砂輪也有用作成形砂輪的盤狀砂輪和通用性很好的指狀砂輪，后者可加工微細(xì)的任意形狀表面，目前在研究部門使用的指狀砂輪的最小直徑為50μm。

3、用磨削加工硬而脆的材料
為了在硬而脆的材料上(例如單晶硅)加工微孔，除了通常用電鍍法制造的直徑 為0.9mm、金剛石顆粒為D91μm的微型空心鉆頭外，德國Brauschweig技術(shù)大學(xué)新開發(fā)了同樣直徑的CVD金剛石鉆頭，其金剛石晶粒的尺寸為4μm～8μm。盡管有較大的切削力，用這種新型鉆頭在單晶硅上鉆了55個(gè)盲孔，質(zhì)量全部合格。這種盲孔鉆頭可以在指狀砂輪加工零件的封閉式型腔前鉆引導(dǎo)孔。電鍍的金剛石空心鉆頭較適合在板材上加工通孔，但在試驗(yàn)中，在孔的鉆穿那一面沿著硅的晶軸方向出現(xiàn)了大于100μm的崩刃，在孔的鉆入這一面邊緣也有20μm～150μm的崩刃，這一問題有 待進(jìn)一步研究。 
微細(xì)切削是微細(xì)加工工藝的一個(gè)重要延伸，盡管目前微細(xì)切削所能加工出的零件細(xì)節(jié)不及微細(xì)電加工所達(dá)到的程度，但它與激光刻蝕加工等技術(shù)一起可在各種各樣的材料上加工任意的空間結(jié)構(gòu)。此外，它比基于平板印刷的微細(xì)技術(shù)需要的設(shè)備少，也省去了昂貴的母板制造，總之，零件的微細(xì)切削加工對于經(jīng)濟(jì)地制作中等批量的微型構(gòu)件有很大的優(yōu)勢。

隨著微納米科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展。特徵尺寸為微米級的微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，進(jìn)而推動(dòng)了微細(xì)加工技術(shù)的快速發(fā)展。
1、微型制件、微型模具的應(yīng)用技術(shù)與市場前景
隨著微納米科技的進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展，特徵尺寸為微米級的微機(jī)電系統(tǒng)受到了人們的高度重視。微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems）技術(shù)是集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源於一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。
MEMS包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)、并在應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。MEMS為美國叫法，在日本被稱為微機(jī)械，在歐洲則被稱作微系統(tǒng)。
近幾年，MEMS已相繼應(yīng)用於精密機(jī)械、光電通訊、影像傳輸、生化醫(yī)療、信息儲(chǔ)存等領(lǐng)域，如微齒輪、插頭式光纖連接器、醫(yī)學(xué)用微量泵、導(dǎo)光板、微透鏡、內(nèi)窺鏡零件、微流控芯片、細(xì)胞培養(yǎng)用微型容器，以及旋轉(zhuǎn)傳感器中的衍射光柵等，其廣泛應(yīng)用值得期待。
目前對微制品的概念還沒有準(zhǔn)確的定義，從微注塑成形的角度，給出了微型制品的含義，即微型制品應(yīng)具有以下特徵：整體結(jié)構(gòu)尺寸微小，通常其單件重量僅為幾毫克；具有表面微小結(jié)構(gòu)，即制品總體尺寸仍為普通尺寸，但其局部細(xì)微結(jié)構(gòu)的尺度為微米量級；微型精密零件，是指制品尺寸為任意的，但應(yīng)有微米量級的尺寸精度。如果在尺寸和制造精度上加以限定，即微型模具擁有以下幾個(gè)特徵：成形制件體積達(dá)到1立方毫米；微觀尺寸從幾微米到幾百微米；模具表面粗糙度在0.1μm以下；模具制造精度從1μm到0.1μm。
預(yù)計(jì)從2010年開始，中國MEMS巿場增速將加快，2011年的增速有望達(dá)29.2%。
2、微型模具加工難點(diǎn)
微型模具并不一定指體積微小，傳統(tǒng)的體積大但具有微結(jié)構(gòu)特徵的模具也稱作微型模具。微型模具的制造難點(diǎn)在於微小型腔或微小凸凹結(jié)構(gòu)加工，而模具其它結(jié)構(gòu)件的制造與普通模具基本一致。微小型腔的成形可在一個(gè)小體積的金屬塊上加工，然後把金屬塊作為一個(gè)鑲塊嵌入模板并進(jìn)行整體組裝，這不僅便於微小型腔的微細(xì)加工和鑲塊的更換，且能提高模具整體壽命。
傳統(tǒng)的機(jī)械式加工方法不能加工尺寸太小或者微結(jié)構(gòu)尺寸太小的微型模具，尺寸精度和表面粗糙度都達(dá)不到微型模具的設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)在發(fā)展起來的光刻技術(shù)雖然能實(shí)現(xiàn)尺寸小精度高的要求，但光刻技術(shù)因其制造費(fèi)用昂貴、加工周期長，工藝流程復(fù)雜等缺陷而限制了其廣泛應(yīng)用。

3、微型模具加工技術(shù)發(fā)展快速種類繁多
微型模具加工技術(shù)經(jīng)過近幾年快速發(fā)展，種類比較繁多。按其加工原理不同可分為三大類：光制作技術(shù)，如LIGA技術(shù)、UV-LIGA技術(shù)、電子束光刻技術(shù)、激光加工技術(shù)；腐蝕技術(shù)，如刻蝕技術(shù)；微機(jī)械加工技術(shù)，如微細(xì)車削、微細(xì)銑削、微細(xì)磨削、微細(xì)電火花等傳統(tǒng)加工法。
光制作技術(shù)主要應(yīng)用於具有微米級微結(jié)構(gòu)的零件加工，加工精度達(dá)10nm以下；微機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用於具毫米級微結(jié)構(gòu)的零件加工，加工精度100nm以下。
1）LIGA技術(shù)
LIGA技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新型光制作技術(shù)，名稱源於德文，意指為深度X射線刻蝕、電鑄成型和塑料鑄模等技術(shù)的完美結(jié)合。其主要工藝流程如下。
深度X射線刻蝕:利用同步輻射X射線在幾百微米厚的光刻膠上刻蝕出較大高寬比的光刻膠圖形，高寬比一般達(dá)到100。
電鑄成型及制模：將金屬從電極上沉積在底板的光刻膠圖形的空隙里，直至金屬填滿整個(gè)光刻膠的圖形空隙為止。實(shí)際上，這一過程是將光刻膠圖形轉(zhuǎn)化為相反結(jié)構(gòu)的金屬圖形。此金屬結(jié)構(gòu)可作為最終產(chǎn)品，也可以作為批量復(fù)制的模具。
注模復(fù)制：將去掉基板和光刻膠的金屬模殼附上帶有注入孔的金屬板，從注入孔向型腔中注入塑料，冷卻後去掉模殼。在金屬板上留下一個(gè)塑料結(jié)構(gòu)，此塑料結(jié)構(gòu)作為微制品。
與傳統(tǒng)的其它微細(xì)加工技術(shù)相比，LIGA技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)：精度高，能達(dá)到亞微米級；可以得到高的深寬比結(jié)構(gòu)，達(dá)幾百以上；沿高度方向的直線性和垂直度非常好；適用於多種材料，如金屬，陶瓷和聚合物。其缺點(diǎn)則是：需使用昂貴的同步輻射X射線，成本高；得到的形狀是柱狀，難以加工曲面和斜面的微器件；不能生成口小肚大的腔體。
2）UV-LIGA技術(shù)
昂貴的同步輻射X射線限制了LIGA技術(shù)的應(yīng)用。而采用與其相似的工藝原理，探索低成本高深寬比的準(zhǔn)LIGA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，衍生出UV-LIGA技術(shù)、Laser-LIGA技術(shù)和Dem技術(shù)等。
適於中厚度的光刻膠的UV-LIGA技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)實(shí)質(zhì)是用深紫外光的深度曝光來替代LIGA技術(shù)的同步輻射X射線深度曝光。相比X射線，深紫外線的曝光深度要低很多，當(dāng)曝光較厚的PMMA光刻膠（大於4μm）時(shí)需要采用多次曝光、多次顯影的方法來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在IBM公司研發(fā)出一種新型的負(fù)深紫外線光刻膠SU-8，能減少曝光次數(shù)，得到較好的曝光效果。下為該技術(shù)的主要工藝流程。
深度紫外線曝光：利用紫外線在SU-8光刻膠上刻蝕出光刻膠圖形。
電鑄成型及制模：將金屬從電極上沉積在底板的光刻膠圖形的空隙里，直至金屬填滿整個(gè)光刻膠的圖形空隙為止，此金屬結(jié)構(gòu)作為批量復(fù)制的模具。
注模復(fù)制：用注塑成形方法在金屬結(jié)構(gòu)上復(fù)制出與金屬微結(jié)構(gòu)相反的塑料微結(jié)構(gòu)制品。
據(jù)表1，UV-LIGA技術(shù)和LIGA技術(shù)相比，具有加工成本低、周期短的優(yōu)勢，但在加工深度、深寬比和側(cè)壁垂直度等參數(shù)方面存在不足。對於型腔側(cè)壁垂直度及深寬比要求不是很高時(shí)，它完全可以取代LIGA技術(shù)。
目前，UV-LIGA技術(shù)在型腔深度小於100μm的模具制作中取得成功的應(yīng)用，逐步替代以往的傳統(tǒng)機(jī)械加工方法。

3）電子束光刻技術(shù)
電子束光刻技術(shù)是利用電子束作用在光刻膠上形成微納結(jié)構(gòu)的一種加工技術(shù)。
它需要一個(gè)產(chǎn)生電子束的曝光機(jī)，目前曝光機(jī)主要有兩種類型：直寫式和投影式。直寫式曝光機(jī)將聚集的電子束直接打在表面涂有光刻膠的襯底上，不需要光學(xué)光刻工藝中昂貴的掩膜。而隨著直寫式電子束曝光機(jī)的小型化，直寫式光刻技術(shù)在科研中的應(yīng)用將越來越廣泛。但是其局限性在於，電子束是掃描成像型的，生產(chǎn)率極低，遠(yuǎn)未達(dá)到光學(xué)光刻所能達(dá)到的40-100片/小時(shí)的生產(chǎn)率，很難適用於大規(guī)模批量生產(chǎn)。正因?yàn)槿绱?，電子束光刻一般用於制作高精度掩膜?
4）刻蝕技術(shù)
所謂刻蝕技術(shù)就是用化學(xué)或者物理的方法有選擇的從基片表面除去不需要材料的過程。其從機(jī)理上分為濕法和干法兩類。濕法刻蝕是將硅片浸泡在可與被刻蝕薄膜進(jìn)行反應(yīng)的溶液中，用化學(xué)方法除去不需要部分的薄膜。
干法刻蝕是將被加工的基片置於等離子體中，在帶有腐蝕性，具有一定能量粒子的轟擊下，反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì)，去除被刻蝕薄膜，此種方法一般具有各向異性。
干法刻蝕的種類較多，根據(jù)其作用機(jī)理可分為物理刻蝕，化學(xué)刻蝕，物理-化學(xué)刻蝕三類。在干法刻蝕中，物理濺射作用越大，側(cè)向刻蝕越小，各向異性越好，但是其選擇性差，刻蝕速率低，對基片損傷大。干法刻蝕可以分為等離子體刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕，濺射刻蝕，離子束刻蝕，反應(yīng)離子束刻蝕等。
5）微細(xì)車削
微細(xì)車削是加工回轉(zhuǎn)類零件的有效方法。加工微型零件時(shí)要求有合理的微型化車床、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、高速高回轉(zhuǎn)精度主軸、高分辨率的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，且刀刃足夠小、硬度足夠高的車刀。相比普通車削，微細(xì)車削的車床和刀具更小，當(dāng)然工件也更小。
日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院在1996年研制出世界首臺(tái)微型車床。該車床長32mm寬25mm高30.5mm，重僅100g；主軸電機(jī)額定功率1.5W，轉(zhuǎn)速10000rpm。用其切割黃銅，進(jìn)給方向的表面粗糙度Rz1.5μm，加工工件圓度2.5μm，加工出的最小外圓直徑60μm。
日本金澤大學(xué)研制的一套微細(xì)車削系統(tǒng)，包括微細(xì)車床，控制單元，光學(xué)顯微系統(tǒng)和監(jiān)視器。機(jī)器長200mm，主軸功率0.5W，轉(zhuǎn)速3000-15000rpm連續(xù)可調(diào)；徑向跳動(dòng)1μm以內(nèi)；裝夾工件直徑0.3mm；XYZ軸的進(jìn)給分辨率4nm；切削力通過一個(gè)具有三方向的力學(xué)傳感器來監(jiān)測，以提高基層的進(jìn)給精度。
使用原子力顯微鏡上的金剛石探針尖作車刀，在直徑0.3mm的黃銅絲毛坯上加工出直徑10μm的外圓柱面，還加工了長120μm、螺距12.5μm的絲桿。
6）微細(xì)銑削
微細(xì)銑削技術(shù)主要是采用直徑幾十微米至一毫米的微型立銑刀，在常規(guī)尺寸的超精密機(jī)床上進(jìn)行微細(xì)加工。
由於這些機(jī)床主要用於加工精度很高的非微小幾何尺寸零件，通常需要昂貴的設(shè)計(jì)和制造工藝來達(dá)到期望精度，而對於微小零件，則缺少必要的柔性，且成本高，效率低。研發(fā)制造一種微型化的銑削加工設(shè)備迫在眉睫，它具有節(jié)省空間，節(jié)省能源，易於重組，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
目前國內(nèi)對微細(xì)銑削加工的研究主要集中在加工表面質(zhì)量，銑削力，銑刀的磨損和壽命，銑削狀態(tài)和對微小零件的加工能力等方面。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所研制了國內(nèi)首臺(tái)微小型臥式銑床，尺寸為300mm×150mm×165mm，主軸最高轉(zhuǎn)速為14000r/min，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分辨率為0.1μm。實(shí)現(xiàn)了在硬鋁LY12上銑削尺寸為700μm×40μm和500μm×20μm的薄壁結(jié)構(gòu)；在兩塊尺寸為12mm×8mm和8mm×5mm的有機(jī)玻璃材料上進(jìn)行了人臉曲面的數(shù)控加工。
近日，哈工大又成功研制一臺(tái)三軸微小型立式銑床。其尺寸為300mm×300mm×290mm，主軸最高轉(zhuǎn)速16000r/min，最大徑向跳動(dòng)1μm，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重復(fù)定位精度0.25μm，速度范圍1μm~250mm/s，全閉環(huán)控制，分辨率0.1μm。它使用0.2mm的微型立銑刀，可在70μm厚的小薄鋼片上加工一個(gè)微型槽。

7）微細(xì)磨削
微細(xì)磨削加工是將砂輪和砂帶表面的磨粒近似看成刀刃，整個(gè)砂輪可以看作刀具。磨削加工微器件時(shí)需注意以下問題：磨粒在高速高壓高溫情況下會(huì)變鈍；磨粒在高速情況下會(huì)脫落。
磨削加工專門用於硬而脆的材料，磨削加工中磨輪的切削刃保持鋒利狀態(tài)是加工中的關(guān)鍵，利用ELID（在線電解修整砂輪）技術(shù)在磨削加工過程中進(jìn)行磨輪的微細(xì)修整是行之有效的方法。另外選用硬度高，耐高溫，耐磨的磨粒材料會(huì)減緩磨粒變鈍和脫落情況。
8）微細(xì)電火花加工
微細(xì)電火花加工原理和普通電火花加工原理基本相同，都是基於在絕緣的工作液中通過電極和工件之間的脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的材料，以達(dá)到對零件尺寸，形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。
微細(xì)電火花加工具有低應(yīng)力，無毛刺，可加工高硬度材料等優(yōu)點(diǎn)，在微細(xì)加工領(lǐng)域中被廣泛的采用，已成為該領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展方向。
實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵在於微小電極的制作，微小能量放電電源，工具電極的微量伺服進(jìn)給，加工狀態(tài)監(jiān)測，系統(tǒng)控制及加工工藝方法等。
日本東京大學(xué)Masuzawa T等人在電火花反拷加工的基礎(chǔ)上，利用線狀電極替代反拷模塊研制成功的線電極電火花磨削技術(shù)成功解決了微細(xì)電極的制作，使微細(xì)電火花加工進(jìn)入實(shí)用性階段，成為微細(xì)加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
綜合比較以上八種微細(xì)加工技術(shù)，單從加工精度，表面粗糙度等方面來考慮，LIGA技術(shù)最好，其余光刻技術(shù)次之，微機(jī)械加工技術(shù)最差。各種加工方法由於其加工原理的局限性，都有其適合加工的微結(jié)構(gòu)形狀。比如，LIGA技術(shù)只能加工柱狀的微結(jié)構(gòu)；微細(xì)車削適合加工回轉(zhuǎn)類零件；微細(xì)磨削適合加工溝槽類微結(jié)構(gòu)等。
對於微結(jié)構(gòu)的加工精度，并不是精度越高越好，還要考慮價(jià)格、周期等因素?？偟膩碚f，能滿足要求且價(jià)格低周期短壽命長的加工方法才是最好的方法。幾種微細(xì)加工技術(shù)比較見表2。
4、前景展望
隨著微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)ξ⑿椭萍枨罅康牟粩嘣鲩L和質(zhì)量要求的不斷提高，微型模具加工技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善，以滿足微型制件的要求。
傳統(tǒng)的微細(xì)加工方法加工三維微小模具型腔，雖然工藝簡單實(shí)用，而且不需要太大的投資，但其加工型腔尺寸太大，精度太低；電化學(xué)等特種加工工藝雖然相對復(fù)雜，但在難切削材料，復(fù)雜型面和低剛度材料的模具型腔加工中，具有不可替代的優(yōu)勢；以LIGA技術(shù)和UV-LIGA技術(shù)為代表的光加工技術(shù)，工藝最為復(fù)雜，但其加工精度最高，可達(dá)到的深寬比最大，模具型腔尺寸最小，是最具發(fā)展前途的微型模具加工方法。
為了適應(yīng)微制品零件更多的要求，進(jìn)一步研究工作除了在微機(jī)械切削加工方面不斷降低零件的加工尺寸，提高加工精度外，還應(yīng)不斷開發(fā)新的特種加工技術(shù)和光加工技術(shù)。

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