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微机械制造工艺及运用

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摘要:在国内机械制造水平不断提升的背景之下,微机械制造工艺已经得到了极为迅猛的发展,并在各领域中得到普及应用。微机械制造工艺属于先进的制造技术,具有较高的精度水平,不光能够反映出国家机械制造现代化的水平,还能够为社会经济的发展提供一定的技术保障。对此,笔者在参考相关文献资料的基础上,对微机械制造工艺及其应用进行了简要分析,以供业界同仁参考。

关键词:微机械;制造工艺;应用

就现今国内的机械制造水平来看,微机械制造仍然属于较为尖端的技术,能够有效保障机械设备运作的精度,其作业精度甚至可以达到纳米级。微机械制造工艺可以说是硅基电路的分支之一,在与机械制造技术融合后,已经逐渐形成了独立的工艺类别,为制造业的发展给以了充分的技术支持。而就现今国内制造业中所广泛使用的微机械制造工艺来看,其技术类别及应用主要有以下几种。

1微机械蚀刻技术及应用

一般来说,微机械在集成电路制造的应用中,需要对深度约10um的硅片面层进行加工,但是在对微机元件进行加工时,又需要以穿越的方式实现对整个硅片的三维立体加工。就微机蚀刻技术来看,根据其所选择蚀刻剂可以将其分为干式蚀刻与湿式蚀刻两大类别。其中前者多选择各项同性的蚀刻模式,在有特殊要求的情况下也能够以各向异性的方式完成蚀刻工作。而后者所选用的蚀刻剂多为液体。因为单晶硅片的组成构架相对较为复杂,所以其硅片面层在蚀刻剂作用的条件下所产生反应的实际效率有着一定的区别,在蚀刻的过程中,会沿着硅片面层停止蚀刻,将会与平面组合成一个54.750的锐角,依托于微机蚀刻的该类性质,可以加工出不同构造的面层结构,适用范围较广。

2硅表面微机械制造技术及其应用

硅表面微机械制造技术只会作用于硅片的面层,不会以三维作业的方式穿透硅片的纵断面。通常来说,微机械结构多回忆薄膜类的原材料在制作,主要有多晶硅、氧化硅、硼硅酸玻璃以及各类金属等等。由于所制作的微结构具有一定的复杂性,所以为保障其稳定性,多会选用硅片上沉积pvd以及cvd的方式完成制作,同时会辅之以光学磨刻以及化学或物理反应的方式完成对其结构的加工制作。而在该制造技术应用的过程中,牺牲层有着极为关键的作用,其能够有效将原本的硅片与衬底进行合理分隔,这就会避免蚀刻过程中对衬底部件的破坏。通常情况下,牺牲层厚度会处在1到2um的范围之内,有特殊要求时也可以适当加厚。硅表面微机械制造技术在现今制造业中多会被用于微型悬式结构的制造中,例如微型悬臂、微型桥等等。

3LIGA及准LIGA工艺及其应用

LIGA工艺作用机理为选用X光对构件微小结构进行三维立体加工,该技术除了应用光波进行刻制之外,还需要辅之以电注以及注塑的方式。从该技术的本质来看,该技术也就是平面IC技术的延伸与优化,但是该技术所表现出来的性能远远优于IC技术,作用范围相对较广,可加工对象也有了进一步的扩展,能够实现对非硅晶体材料的三维立体制造。该技术在微机械制造领域中的应用,很大程度上促进了MEMS技术的推广与发展,是先进精密仪器制造中应用范围较广的技术。但是不得不说的是,该技术在微机械制造领域的应用中存在造价过于高昂的缺点,且技术应用模式也相对较为繁复,对此准LIGA技术应运而生。该技术可以以溅射的方式促使硅片上逐渐形成一层厚度为230nm左右的薄膜,能够有效实现对射线的隔离。其次,通过对此旋涂还能够形成一层30um左右正性的抗腐蚀层。该技术所应用的射线多为高压汞灯,在电镀之后能够形成立体的金属微型构件,其次可以辅之以微型机械蚀刻的方式除去构件中的预镀层,进而得到符合需求的微型构件。

4超精密机械制造技术及其应用

该制造技术主要选择硬度较高的刀具等,实现对工件的切削。现今该技术应用过程中所广泛使用的工具分别有车刀、铣刀以及钻头等等。在采用金刚石刀具进行工件加工时,能够完成对直径为25um轴件的加工,表面相对较为平整光滑。而选择微型号钻头作业时,可以钻出直径约为2.5um的小孔。此外,还可以选择细小磨料以及金属丝放电磨削的方式进行微型结构的加工。超精密机械制造技术隶属于传统制造工艺,在现今制造业中仍然多有应用。

5特种加工工艺及其应用

一般来说,特种加工工艺主要有激光光束加工、隧道显微镜加工以及电火花加工三大类别。就激光光束加工而言,其能够通过发射高能量密度光束的方式实现对工件的加工,可以形成小孔、微孔,还能够实现较为精密的切削等,该技术在制作防伪标记、打字以及焊接上有着广泛的应用。就隧道显微镜加工来看,其能够实现分子数量级工件的加工。可以以金属探针为电机,产生具有较强穿透力的隧道电流,进而改变其相应分子及原子结构的排列顺序。而在利用细微电火花进行微机械制造加工的过程中,能够以脉冲活化放电的方式,通过局部高温实现对金属部件的加工。该加工方式不需要以宏观切削的形式进行,只需要控制脉冲放电量就能够实现对金属的精细化加工,能够形成极为细微的孔洞与缝隙,可以实现对轴、平面以及三维曲面等的加工。

总而言之,在国内现代化建设步伐不断加快的时代背景下,机械制造业也得到了极为迅猛的发展,制造精度也越来越高,微机械制造技术现代化水平也越来越高,已经实现了由传统一维加工向三维加工的转变,其加工设备的集成化程度也越来越高,对此必须加强对微机械制造工艺的应用,以此在促进技术本身不断完善的同时,促进国内精密制造的不断发展。

参考文献

[1]栗鹏飞.现代机械制造工艺及精密加工技术研究[J].南方农机,2017(01).

[2]陈治.微机械制造中对精密超精密加工技术的有效应用[J].河南科技,2016(23).

[3]商凌云.超精密微机械制造技术研究[J].橡塑技术与装备,2016(08).

[4]贾美洋,刘宏.超精密微机械制造技术研究[J].橡塑技术与装备,2016(02).

[5]赵轶卓.一种硅微机械陀螺制造方法研究[J].压电与声光,2015(03).

作者:王殿革 单位:长春市九台区职业技术教育中心

机械杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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