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微纳制造有哪些“神技”?为你揭开微纳米制造技术的神秘面纱!你的位置:首页>行业新闻

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纳米材料的制备和研究,一直是整个纳米科技的基础。微纳制造的技术及材料,一直是建筑纳米科技大厦的基石。下面,我们从技术及材料两大方面,带领大家揭开微纳米制造技术的神秘面纱。

1 机械微加工

机械微加工是微纳制造中最方便,也最接近传统材料加工方式的微成型技术。它一般包括车削、钻孔、磨削等加工法。现代机械微加工为提高精度和自动化程度,通常配备有计算机控制系统[如computer-numerical-control(CNC)数字控制机床等],再通过金刚石刀具在材料表面制备出高质量的微结构。

机械微加工法的工艺过程简单,加工过程方便,但对加工材料有选择性。它常采用的加工材料是铜合金、镍合金等。像钢这种我们最常用的金属材料,却不能用机械微加工法来做,因为钢中含碳会和金刚石刀具发生反应。

另外,机械微加工法能得到的最小微结构尺寸非常有限,仅为200微米左右,这也限制了该方法在更小尺寸微结构器件方面的应用。

2 激光微加工

激光技术被誉为20世纪四大重要发明之一,随着小型电子产品和微电子元器件需求的激增,激光微加工已成为激光在工业应用中发展极快的领域之一。

激光能量密度高、方向性好、光斑大小可调,激光加工利用其这些特点将光能转变为热能来蚀除材料。激光微加工的材料种类非常广,几乎囊括了所有金属和非金属材料,它与机械微加工相比属于非接触式加工,不存在工具损耗,也没有明显的机械力,因而不会产生加工变形。

目前激光微加工技术仍处于发展初期,随着激光技术的发展(如光源、能量密度等的改善),相信未来此“神技”在微纳制造中会大展拳脚。

3 电火花微加工

电火花加工(electric discharge machining,EDM)是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用,蚀除导电材料的特种微纳制造加工法。

电火花微加工技术不受材料硬度的影响,并且通过调整电参数便可方便实现粗、半精、精、超精加工之间的切换,因此也被应用到微加工领域。目前,这种加工方法最大的缺点就是加工效率低。

4 曝光+刻蚀

目前微纳制造领域最常用的一种微细加工技术是LIGA(德文缩写,Lithographie,Galanoformung和Abformung,即光刻、电铸和注塑)。

这项技术由于可加工尺寸小、精度高,适合加工半导体材料,因而在半导体产业中得到广泛的应用,其最基础的核心技术是光刻,即曝光和刻蚀工艺。

随着LIGA技术的发展,人们开发出了很多种不同的曝光、刻蚀工艺,以满足不同精度尺寸、生产效率等的需求。LIGA技术经过多年的发展,工艺已经相当成熟,但是这项技术的基本原理决定了它必然会存在的一些缺陷,比如工艺过程复杂、制备环境要求高(比如需要净化间等)、设备投入大、生产成本高等。

5 电铸微加工

电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。它通过在母模上沉积金属层的增材制造技术来制备微结构。

这种加工法的复制精度和重复精度高,适用范围广,可用于制造精密、复杂内型面零件。但因技术原理的限制,电铸铸层质量不稳定,易出现麻点、针孔、晶粒粗大、应力过大等缺陷,致使铸层物理特性和力学性能下降,严重时零件需报废。

6 模型加工

模型加工法是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构。该方法主要适用于具有热塑性的材料,如高分子塑料,金属玻璃等。

首先,将加热台上的热塑性材料与微模型加热到一定温度;热塑性材料因黏度降低软化后,对其施加一定的应力使其在微模型中进行充型流动;最后微模型上的微纳米结构便成功转移到热塑性材料的表面上。

这就是常见的几种微纳制造技术了。我们可预测,未来50年将是微纳米技术蓬勃发展的时代!微纳米加工技术的发展潜力巨大,新颖的加工技术将不断涌现。它们将助力人类开发出更多新型微纳米器件及系统,进一步迈入微型化的新世界!


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