细微加工技术
2012/5/8 0:31:06
微细加工技术是精密加工技术的一个分支,面向微细加工的电加工技术,激光微孔加工、水射流微细切割技术等等在发展国民经济,振兴我国国防事业等发面都有非常重要的意义,这一领域的发展对未来的国民经济、科学技术等将产生巨大影响,先进国家纷纷将之列为未来关键技术之一并扩大投资和加强基础研究与开发。所以我们有理由有必要加快这一领域的发展和开发进程。
微细加工技术的概念和特点:
微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。从广义的角度来讲,微细加工包括各种传统精密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法,如切削技术,磨料加工技术,电火花加工,电解加工,化学加工,超声波加工,微波加工,等离子体加工,外延生产,激光加工,电子束加工,粒子束加工,光刻加工,电铸加工等。从狭义的角度来讲,微细加工主要是指半导体集成电路制造技术,因为微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技术的基础上发展的,特门市大规模集成电路和计算机技术的技术基础,是信息时代微电子时代,光电子时代的关键技术之一。
微小尺寸和一般尺寸加工是不同的,其不同点主要表现在以下几个方面:
1. 精度的表示方法
在微小尺寸加工时,由于加工尺寸很小,精度就必须用尺寸的绝对值来表示,即用取出的一块材料的大小来表示,从而引入加工单位尺寸的概念。
2. 微观机理
以切削加工为例,从工件的角度来讲,一般加工和微细加工的最大区别是切屑的大小。一般为金属材料是由微细的晶粒组成,晶粒直径为数微米到数百微米。一般加工时,吃刀量较大,可以忽略晶粒的大小,而作为一个连续体来看待,因此可见一般加工和微细加工的机理是不同的。
3.加工特征
微细加工和超微细加工以分离或结合原子、分子为加工对象,以电子束、技工束、粒子束为加工基础,采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。
微细加工和超精密加工在国外的发展情况:
在超精密加工技术领域起步最早和技术领先的国家是美国,其次是日本和欧洲的一些国家。美国超精密加工技术的发展得到了政府和军方的财政支持,近年,美国执行了"微米和纳米级技术"国家关键技术计划,国防部陆、海、空三军组成了特别委员会,统一协调研究工作。美国至少有30多个厂家和研究单位研制和生产各种超精密加工机床,国家劳伦斯.利佛摩尔实验室、联合碳化物公司、摩尔公司、杜邦公司等在国际上均久负盛名。美国最早研制了能加工硬脆材料的6轴数控超精密研磨抛光机;联合碳化物公司开发了直径为800mm的非球面光学零件的超精密加工机床;劳伦斯.利佛摩尔实验室还开发了能加工陶瓷、硬质合金、玻璃和塑料等难加工材料的超精密切削机床,在半导体工业、航空工业和医疗器械工业中投入使用;珀金-埃尔默等公司用超精密加工技术加工各种军用红外零部件。
日本对超精密技术的发展也十分重视,70年代初,日本成立了超精密加工技术委员会,制定了技术发展规划,成为此项技术发展速度最快的国家。日本现有20多家超精密加工机床研制公司,重点开发民用产品所需的加工设备并力图使设备系列化,成批生产了多品种商品化的超精密加工机床。在超精密切削技术发展比较成熟后,日本已将黑色金属、陶瓷和半导体功能材料的超精密加工技术作为重要的研究开发项目。日本的研究创新意识强,不是单纯地模仿国外的做法,而是积极地利用外国技术并结合本国特点和生存环境,走出了一条自己的发展道路。
欧洲等国也将超精密加工技术的发展放在重要位置,60年代起英国开始研究超精密加工技术,克兰菲尔德大学精密工程研究所相继研制出能加工大型非球面反射镜的数控金刚石立式车床、加工大型非对称结构光学零件的数控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工艺。现已成立了国家纳米技术战略委员会,正在执行国家纳米技术研究计划。德国和瑞士也有比较强的超精密加工能力。1992年后,欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划,加强和推动超精密加工技术的发展。超精密车削、磨削和研磨是已经发展成熟并大量应用的加工技术。日本开发了外圆和平面等多种类型的研磨机,美国也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨机。另外,国外还大力发展了超精密抛光技术,以获得高的表面质量。美、日、英等国投入了大量资金和人力开发了离子束抛光工艺,以加工高精度的光学器件。美国还研制了边抛光边测量的离子束抛光机,抛光非球面镜的精度达λ/50。纳米级制造技术是超精密加工技术的顶峰,其研究需要有雄厚的技术基础和丰厚的物质条件,美国、日本和英国正在进行一些研究项目,包括聚焦电子束曝光、准分子激光蚀刻和扫描隧道显微镜纳米加工技术等。聚焦电子束曝光可通过计算机控制绘制出任意形状的图形,而且不损伤材料。准分子激光束通过与被加工材料表面起直接反应进行蚀刻,没有对加工部位的照射损伤和放电破坏,可达到纳米级的蚀刻精度。扫描隧道显微镜技术是利用扫描隧道显微镜探针的尖端俘获单个原子或单个分子,并向被加工表面传输,或者从被加工表面剥离单个或成团的原子和分子,从而形成所需的纳米级结构。美国和日本都已掌握了此项技术,在金属晶体或非金属晶体表面制造出了单个原子宽的线条和图形。该技术的显著优点是可适应多种加工环境,在高真空中、空气中、金属有机物气体中或溶液中都能在硅、砷化镓等电子材料、石英、陶瓷、金属和非金属材料上加工出纳米级的线条和图形,为航空微电子元器件和微机电系统的发展提供了技术支持。最早开发的复合超精密加工技术是超精密振动金刚石刀具切削工艺,美国宇航动力集团采用该工艺加工了激光陀螺玻璃腔体,日本加工了平面和圆度达0.1μm的柱形零件。近年来,复合超精密加工技术更有了长足发展,日本理化研究所开发的在线电解修整复合磨削技术,能高效磨削球面、非球面和平面透镜等高硬度和高脆性电子和光学材料的功能零件,以及塑性金属零件,尺寸和形状精度达亚微米,表面粗糙度达纳米级。如:采用该技术加工镀膜SiC材料的球面、非球面和平面透镜等光学零件,直径100mm、曲率半径2000mm的球面透镜磨削后的形状精度为0.2μm,表面粗糙度值为Ra0.0076μm;200mm×200 mm的平面透镜磨削后,在Φ150mm范围内测量的平面度为0.6μm,表面粗糙度值为Ra0.006μm。等离子化学气化加工和流体抛光技术也是目前国外开发的比较实用的加工技术,主要针对电子和光电等功能材料零件的超精密加工,可加工出任意形状的零件。目前,采用等离子化学气化加工技术已制成了纳米级精度和表面无缺陷的非球面透镜,加工效率接近于机械加工的水平。采用流体抛光技术可获得深度均匀的矩形窄缝、有抛物线形相交截面的半圆柱体。超精密加工技术在发达国家已有近40年的发展历史,其生命力不仅在于包括航空技术在内的高科技发展对它的需求,而且在于它综合利用了高科技进步的成果,更重要的是在利用这些成果的基础上有所创新,将其以新颖的构思巧妙地加以重组不断获得新的设备和工艺技术,模块式超精密加工机床的诞生和复合超精密加工技术的出现就是很好的例证。
微细加工技术在国内的成熟工艺及其产品:
中药精细加工(气流粉碎技术)
气流粉碎是高速碰撞与密闭粉碎,物料间彼此碰撞的概率大,粉尘也无泄漏。粉碎是中药材加工和中药制剂生产工艺中的重要环节。中药自古就有"水飞"、"挫"、"捣"等精细加工方法,其主要应用对象是矿物药、贵重药和具有特殊性质的中药,但处理量极少。我国现有中药加工传统工艺采用锤击式、球磨式、万能磨粉式、流能式截切式、滚筒式多种粉碎机械,由于粉碎方式不同,对于粉未的粒度、出粉率、以及有效成分的保存等方面都有一定局限,且采用非密闭制粉,造成粉尘泄漏大,收粉率不高,对于具有特殊性质的物料如热敏性、低融点、成分易破坏药材的处理,以及提高收粉率方面仍未得到根本的解决。气流粉碎机的发展为中药的精细加工提供了可靠的保证。最新一代的CF系列流化床式气流粉碎机是在消化吸收国内外同类设备的技术的基础上产生的,集世界上先进的多喷管技术、流化床技术、卧式分级技术于一身,实现了流场多元化、料层液态化与分级卧式化的优化体系,体现了气动技术应用于超细粉碎和分级工艺中的最新成果(7)。为该技术应用于中药的精细加工提供了技术保证。
激光微细加工系统
激光微细加工系统可对塑料、玻璃、陶瓷及金属薄膜等多种材料进行加工,精度可以做到微
米级。其产品广泛应用于半导体及微电子加工、生物医疗器械生产、计算机制造业、MEMS、MST、电
子通讯等各个领域。系统组成包括有:激光器、光路系统、调节平台、控制器,能满足您不同的加工要求。同时为您提供从紫外到红外(Excimer、Solid state、CO2)广泛光谱范围内的激光材料处理技术。
飞秒激光超微细加工 (femtosecond laser micro machining)
飞秒激光用于超微细加工是飞秒激光用于超快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒
激光技术的重要的应用研究领域。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加
工与先进的制造技术紧密相关,对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。用激光超短脉冲进行材料处理(或加工)不仅可以改进现有激光材料微加工的不足之处,而且还可以完成传统激光加工无法做到的事情。飞秒激光能够具备极高的三维光子密度,对种材料实现逐层、微量加工;飞秒激光加工的热影响区域(Heat affected zone)极小,并且不存在长脉冲激光或连续激光加工中的等离子体屏蔽效应,这就使得其能量利用效率和加工精度都非常之高。当用飞秒激光加工透明介质材料时,加工过程不受材料本身的线性吸收系数的影响,同时,对材料表面或内部的缺陷不敏感。此外,从光和物质相互作用的角度来看,飞秒激光加工涉及的主要是多光子电离的过程,在机理上不同于传统激光加工。因此,飞秒激光进行微加工有固定的加工阈值,加工和不加工有着明显的区分,因此加工过程重复性好。可以预计飞秒激光超微细加工技术在微电子、生物芯片和新型材料等科学技术领域中都将有广泛应用。飞秒激光超微细加工中的“加工”二字具有广义性。它可以是对物质在原子、分子水平上的操纵(manipulation),或者是对物质在微小区域内某些重要属性的改变与处理(processing),而并非只是通常人们所理解的“机械加工”。飞秒激光超微细加工不仅具有通常基础应用研究的特征,而且涉及到激光物理、原子分子物理、激光束光学、材料科学、热动力学、等离子体物理、流体气体力学等广泛知识,属于跨学科的研究。飞秒激光超微细加工往往是在极小的空间、极短的时间和极端的物理条件下对物质进行加工的。可以说,超微”与“超快”的组合是飞秒激光超微细加工的独特之处。一定强度的飞秒激光可以用于对任何材料的精细加工,从金刚石到生物透析膜,从烈性炸药到MEMs器件等都有实验结果报道
“龙芯2号”
“龙芯2号”是国家“863”计划和中国科学院知识创新工程共同支持的重大项目,其目
标是在2004年中期,用0.18微米的工艺,实现主频500MHz、SPEC CPU 2000测试分值超过300的
64位通用CPU芯片。SPEC分值的指标意味着这款芯片的实际性能与1GHz的奔腾4差不多,是龙芯1号实测性能的10-15倍。为了达到这个目标,龙芯2号采用了先进的四发射超标量体系结构(即每个时钟周期可以同时执行4条指令)、5个强大的功能部件、乱序执行机制、动态存储访问机制及更大的片上高速缓存。在具体实现方面,龙芯2号逐步采用全定制的设计技术,并通过多次流片,不断验证新的功能,不断提高时钟频率和实际性能。
基因芯片技术
基因芯片技术是近年来快速发展的高技术领域前沿热门课题。国内急需且市场前景看好的生物芯片制作和生物芯片检测关键仪器有——激光共聚焦生物芯片扫描仪和CCD生物芯片检测仪
CCD生物芯片扫描仪利用CCD摄像原理的图象检测系统,具有结构简单、体积小、检测速
度快、成本低。主要关键技术及创新点为:提高CCD接收灵敏度和降低噪声技术;提高CCD动态响应技术;多波长激发光源、聚焦、准直和滤波技术;氙灯光源控制技术;照明均匀性控制技术;图象平滑滤波、自适应背景确定、样品斑点识别、数据提取、存贮和显示技术。
激光共聚焦生物芯片扫描仪采用激光作激发光源,采用PMT检测荧光信号,因而具有较高的灵敏度,可以完成较大面积的扫描,并且具有很高的分辨率。主要关键技术及创新点为:不同波长多个激发激光器系统应用设计和光束缩小、定向技术;激光窄带滤光片设计、镀膜制备技术,高灵敏度荧光分子探测技术,高精度快速扫描技术,整机控制和智能界面操作技术;数据判读、处理和显示软件技术。
i线深度刻蚀曝光光刻机
i线深度刻蚀曝光光刻机在微电子、微光学、微机械系统、红外器件、准LIGA及声表面波等器件的研制和生产中都有应用前景。该机在深度光刻中具有突出特色,采用1000W大功率汞灯照明电源系统,采用球气浮自动调平调焦技术及高倍率双视显微镜与CCD图像对准技术。控制系统采用压电陶瓷自动闭环精确设定曝光间隙,自动分离对准间隙,具备接触和绝对不接触曝光方式和定时、定剂量两种曝光剂量设定功能。采用特殊蝇眼透镜平滑衍射效应提高光刻分辨率等先进技术。光刻分辨率达0.8μm-1μm,线条侧壁陡度达85°,对深层光刻线条高宽比,孤立线条可达60:1,等间距线条优于20:1。具有分辨力高、套刻准、线条陡直、线条高宽比大、曝光速度快等特点。
微细加工前景:
如果进入微观世界,能够捕获一个或多个单原子,然后让它们重新排列组合,那么就会导致物质本身发生某些变化,而这些变化将会对未来许多领域,及人类生活产生巨大影响。例如,我们把组成水分子的氢和氧分开,二者都是可以燃烧的。小的分子,只有足球体积的几亿分之一,用机械方法,几乎是不可能捉住它,分子又是由原子组成的,操纵一个原子,就更难了,而光可以做到这一点。一束极细的激光,产生光子流,其动量转移给物体,形成光压,再通过适当的光场分布,可以把那种极小的原子俘获在一定的位置,并可方便把移动它。实际上这就实现了对原子的操作。
控制原子或分子的手段叫光镊,对分子原子进行切割雕刻使用的是光刀。一种材料通过改变它的分子结构及原子排列取向,进而形成新布局,那么,它的性能就会发生很大变化,这样未来我们所制造出来的电子器件,与现在相比,其功能相同,而体积则要小多少万倍。
在以后的几十年,随着原子尺度加工技术不断完善和提高,就会出现多种单原子器件和新型分子材料,如果把它们用制造机器人,最小型的就可以爬进人的血管,进行各种各样的治疗手术。同样,用来制造卫星,卫星的体积,也会大大减少,到那时人类可能一次发射成千上万颗用于各方面的卫星,而到目前为止,人类在以往几十年间,一共才把几千颗卫星送上天。通过科学分析和计算,改变了原子分子结构的新型材料,具有更高的强度,更轻的重量,更好的绝热和耐高温性能,在空间领域,用来做太空船的外壳,引擎或其它方面,太空船会变得更轻、更快,能够承受更为恶劣的环境,它会带着人类走的更远,会征服更多的星球。在日常生活中,我们所看到的,用激光刻录的光盘,已经可以储存较多的信息了,但这只是一种新的输入方式,而光盘本身做为一种材料,容量还是有限的,如增加它的原子分子密度和改变它们取向,那么未来就可以把现在成千上万强光盘的信息,放进象手表大小的空间里。一座大型图书馆全部书籍可容进一张光盘内,你拥有了这张光盘,就拥有了一座图书馆。
在生物领域,各种各样的原子和分子,以它特有的方式组合在一起,由此产生了世界万物,如果利用光镊光刀,把生命体的某些原子取出,然后,按照科学规律,重新组合,会出现什么样的结果,科学乐观的预测,这样就有可能创造出具有生命力的新物质,而它的存在形成,与我们常见的动物、植物和生物会有所不同。同样,利用光刀光镊,修复DNA和某些有缺陷的遗传基因,从而可以克服困扰人类的多种顽症。
21世纪,人类进入微观世界。在原子分子尺度上,对物质进行操作和加工,无疑会展现
出一种相当美好的前景,并引起各方面的广泛重视。
小结
微细加工作为精密和超精密加工的一个分支,在国防和众多领域都显示了它本身的重要性,最为我们国家,在这一领域的发展还存在着严重的不足,要像是我们国家的科技实力,国防实力,以及经济实力持续稳定健康的发展,都必须积极的发展和创新在这一科技领域的技术,不断的改善完善技术工艺,是我们国家在这一科技领域走到世界的前沿。
作为一个新兴行业,微细加工和精密超精密加工的发展前景是无可限量的,只要我们高度重视它的发展,我们将开创一个科学领域的新局面,攀上科技的高峰。
微细加工技术的概念和特点:
微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。从广义的角度来讲,微细加工包括各种传统精密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法,如切削技术,磨料加工技术,电火花加工,电解加工,化学加工,超声波加工,微波加工,等离子体加工,外延生产,激光加工,电子束加工,粒子束加工,光刻加工,电铸加工等。从狭义的角度来讲,微细加工主要是指半导体集成电路制造技术,因为微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技术的基础上发展的,特门市大规模集成电路和计算机技术的技术基础,是信息时代微电子时代,光电子时代的关键技术之一。
微小尺寸和一般尺寸加工是不同的,其不同点主要表现在以下几个方面:
1.
在微小尺寸加工时,由于加工尺寸很小,精度就必须用尺寸的绝对值来表示,即用取出的一块材料的大小来表示,从而引入加工单位尺寸的概念。
2.
以切削加工为例,从工件的角度来讲,一般加工和微细加工的最大区别是切屑的大小。一般为金属材料是由微细的晶粒组成,晶粒直径为数微米到数百微米。一般加工时,吃刀量较大,可以忽略晶粒的大小,而作为一个连续体来看待,因此可见一般加工和微细加工的机理是不同的。
3.加工特征
微细加工和超微细加工以分离或结合原子、分子为加工对象,以电子束、技工束、粒子束为加工基础,采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。
微细加工和超精密加工在国外的发展情况:
在超精密加工技术领域起步最早和技术领先的国家是美国,其次是日本和欧洲的一些国家。美国超精密加工技术的发展得到了政府和军方的财政支持,近年,美国执行了"微米和纳米级技术"国家关键技术计划,国防部陆、海、空三军组成了特别委员会,统一协调研究工作。美国至少有30多个厂家和研究单位研制和生产各种超精密加工机床,国家劳伦斯.利佛摩尔实验室、联合碳化物公司、摩尔公司、杜邦公司等在国际上均久负盛名。美国最早研制了能加工硬脆材料的6轴数控超精密研磨抛光机;联合碳化物公司开发了直径为800mm的非球面光学零件的超精密加工机床;劳伦斯.利佛摩尔实验室还开发了能加工陶瓷、硬质合金、玻璃和塑料等难加工材料的超精密切削机床,在半导体工业、航空工业和医疗器械工业中投入使用;珀金-埃尔默等公司用超精密加工技术加工各种军用红外零部件。
日本对超精密技术的发展也十分重视,70年代初,日本成立了超精密加工技术委员会,制定了技术发展规划,成为此项技术发展速度最快的国家。日本现有20多家超精密加工机床研制公司,重点开发民用产品所需的加工设备并力图使设备系列化,成批生产了多品种商品化的超精密加工机床。在超精密切削技术发展比较成熟后,日本已将黑色金属、陶瓷和半导体功能材料的超精密加工技术作为重要的研究开发项目。日本的研究创新意识强,不是单纯地模仿国外的做法,而是积极地利用外国技术并结合本国特点和生存环境,走出了一条自己的发展道路。
欧洲等国也将超精密加工技术的发展放在重要位置,60年代起英国开始研究超精密加工技术,克兰菲尔德大学精密工程研究所相继研制出能加工大型非球面反射镜的数控金刚石立式车床、加工大型非对称结构光学零件的数控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工艺。现已成立了国家纳米技术战略委员会,正在执行国家纳米技术研究计划。德国和瑞士也有比较强的超精密加工能力。1992年后,欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划,加强和推动超精密加工技术的发展。超精密车削、磨削和研磨是已经发展成熟并大量应用的加工技术。日本开发了外圆和平面等多种类型的研磨机,美国也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨机。另外,国外还大力发展了超精密抛光技术,以获得高的表面质量。美、日、英等国投入了大量资金和人力开发了离子束抛光工艺,以加工高精度的光学器件。美国还研制了边抛光边测量的离子束抛光机,抛光非球面镜的精度达λ/50。纳米级制造技术是超精密加工技术的顶峰,其研究需要有雄厚的技术基础和丰厚的物质条件,美国、日本和英国正在进行一些研究项目,包括聚焦电子束曝光、准分子激光蚀刻和扫描隧道显微镜纳米加工技术等。聚焦电子束曝光可通过计算机控制绘制出任意形状的图形,而且不损伤材料。准分子激光束通过与被加工材料表面起直接反应进行蚀刻,没有对加工部位的照射损伤和放电破坏,可达到纳米级的蚀刻精度。扫描隧道显微镜技术是利用扫描隧道显微镜探针的尖端俘获单个原子或单个分子,并向被加工表面传输,或者从被加工表面剥离单个或成团的原子和分子,从而形成所需的纳米级结构。美国和日本都已掌握了此项技术,在金属晶体或非金属晶体表面制造出了单个原子宽的线条和图形。该技术的显著优点是可适应多种加工环境,在高真空中、空气中、金属有机物气体中或溶液中都能在硅、砷化镓等电子材料、石英、陶瓷、金属和非金属材料上加工出纳米级的线条和图形,为航空微电子元器件和微机电系统的发展提供了技术支持。最早开发的复合超精密加工技术是超精密振动金刚石刀具切削工艺,美国宇航动力集团采用该工艺加工了激光陀螺玻璃腔体,日本加工了平面和圆度达0.1μm的柱形零件。近年来,复合超精密加工技术更有了长足发展,日本理化研究所开发的在线电解修整复合磨削技术,能高效磨削球面、非球面和平面透镜等高硬度和高脆性电子和光学材料的功能零件,以及塑性金属零件,尺寸和形状精度达亚微米,表面粗糙度达纳米级。如:采用该技术加工镀膜SiC材料的球面、非球面和平面透镜等光学零件,直径100mm、曲率半径2000mm的球面透镜磨削后的形状精度为0.2μm,表面粗糙度值为Ra0.0076μm;200mm×200 mm的平面透镜磨削后,在Φ150mm范围内测量的平面度为0.6μm,表面粗糙度值为Ra0.006μm。等离子化学气化加工和流体抛光技术也是目前国外开发的比较实用的加工技术,主要针对电子和光电等功能材料零件的超精密加工,可加工出任意形状的零件。目前,采用等离子化学气化加工技术已制成了纳米级精度和表面无缺陷的非球面透镜,加工效率接近于机械加工的水平。采用流体抛光技术可获得深度均匀的矩形窄缝、有抛物线形相交截面的半圆柱体。超精密加工技术在发达国家已有近40年的发展历史,其生命力不仅在于包括航空技术在内的高科技发展对它的需求,而且在于它综合利用了高科技进步的成果,更重要的是在利用这些成果的基础上有所创新,将其以新颖的构思巧妙地加以重组不断获得新的设备和工艺技术,模块式超精密加工机床的诞生和复合超精密加工技术的出现就是很好的例证。
微细加工技术在国内的成熟工艺及其产品:
中药精细加工(气流粉碎技术)
气流粉碎是高速碰撞与密闭粉碎,物料间彼此碰撞的概率大,粉尘也无泄漏。粉碎是中药材加工和中药制剂生产工艺中的重要环节。中药自古就有"水飞"、"挫"、"捣"等精细加工方法,其主要应用对象是矿物药、贵重药和具有特殊性质的中药,但处理量极少。我国现有中药加工传统工艺采用锤击式、球磨式、万能磨粉式、流能式截切式、滚筒式多种粉碎机械,由于粉碎方式不同,对于粉未的粒度、出粉率、以及有效成分的保存等方面都有一定局限,且采用非密闭制粉,造成粉尘泄漏大,收粉率不高,对于具有特殊性质的物料如热敏性、低融点、成分易破坏药材的处理,以及提高收粉率方面仍未得到根本的解决。气流粉碎机的发展为中药的精细加工提供了可靠的保证。最新一代的CF系列流化床式气流粉碎机是在消化吸收国内外同类设备的技术的基础上产生的,集世界上先进的多喷管技术、流化床技术、卧式分级技术于一身,实现了流场多元化、料层液态化与分级卧式化的优化体系,体现了气动技术应用于超细粉碎和分级工艺中的最新成果(7)。为该技术应用于中药的精细加工提供了技术保证。
激光微细加工系统
激光微细加工系统可对塑料、玻璃、陶瓷及金属薄膜等多种材料进行加工,精度可以做到微
米级。其产品广泛应用于半导体及微电子加工、生物医疗器械生产、计算机制造业、MEMS、MST、电
子通讯等各个领域。系统组成包括有:激光器、光路系统、调节平台、控制器,能满足您不同的加工要求。同时为您提供从紫外到红外(Excimer、Solid state、CO2)广泛光谱范围内的激光材料处理技术。
飞秒激光超微细加工 (femtosecond laser micro machining)
飞秒激光用于超微细加工是飞秒激光用于超快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒
激光技术的重要的应用研究领域。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加
工与先进的制造技术紧密相关,对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。用激光超短脉冲进行材料处理(或加工)不仅可以改进现有激光材料微加工的不足之处,而且还可以完成传统激光加工无法做到的事情。飞秒激光能够具备极高的三维光子密度,对种材料实现逐层、微量加工;飞秒激光加工的热影响区域(Heat affected zone)极小,并且不存在长脉冲激光或连续激光加工中的等离子体屏蔽效应,这就使得其能量利用效率和加工精度都非常之高。当用飞秒激光加工透明介质材料时,加工过程不受材料本身的线性吸收系数的影响,同时,对材料表面或内部的缺陷不敏感。此外,从光和物质相互作用的角度来看,飞秒激光加工涉及的主要是多光子电离的过程,在机理上不同于传统激光加工。因此,飞秒激光进行微加工有固定的加工阈值,加工和不加工有着明显的区分,因此加工过程重复性好。可以预计飞秒激光超微细加工技术在微电子、生物芯片和新型材料等科学技术领域中都将有广泛应用。飞秒激光超微细加工中的“加工”二字具有广义性。它可以是对物质在原子、分子水平上的操纵(manipulation),或者是对物质在微小区域内某些重要属性的改变与处理(processing),而并非只是通常人们所理解的“机械加工”。飞秒激光超微细加工不仅具有通常基础应用研究的特征,而且涉及到激光物理、原子分子物理、激光束光学、材料科学、热动力学、等离子体物理、流体气体力学等广泛知识,属于跨学科的研究。飞秒激光超微细加工往往是在极小的空间、极短的时间和极端的物理条件下对物质进行加工的。可以说,超微”与“超快”的组合是飞秒激光超微细加工的独特之处。一定强度的飞秒激光可以用于对任何材料的精细加工,从金刚石到生物透析膜,从烈性炸药到MEMs器件等都有实验结果报道
“龙芯2号”
“龙芯2号”是国家“863”计划和中国科学院知识创新工程共同支持的重大项目,其目
标是在2004年中期,用0.18微米的工艺,实现主频500MHz、SPEC CPU 2000测试分值超过300的
64位通用CPU芯片。SPEC分值的指标意味着这款芯片的实际性能与1GHz的奔腾4差不多,是龙芯1号实测性能的10-15倍。为了达到这个目标,龙芯2号采用了先进的四发射超标量体系结构(即每个时钟周期可以同时执行4条指令)、5个强大的功能部件、乱序执行机制、动态存储访问机制及更大的片上高速缓存。在具体实现方面,龙芯2号逐步采用全定制的设计技术,并通过多次流片,不断验证新的功能,不断提高时钟频率和实际性能。
基因芯片技术
基因芯片技术是近年来快速发展的高技术领域前沿热门课题。国内急需且市场前景看好的生物芯片制作和生物芯片检测关键仪器有——激光共聚焦生物芯片扫描仪和CCD生物芯片检测仪
CCD生物芯片扫描仪利用CCD摄像原理的图象检测系统,具有结构简单、体积小、检测速
度快、成本低。主要关键技术及创新点为:提高CCD接收灵敏度和降低噪声技术;提高CCD动态响应技术;多波长激发光源、聚焦、准直和滤波技术;氙灯光源控制技术;照明均匀性控制技术;图象平滑滤波、自适应背景确定、样品斑点识别、数据提取、存贮和显示技术。
激光共聚焦生物芯片扫描仪采用激光作激发光源,采用PMT检测荧光信号,因而具有较高的灵敏度,可以完成较大面积的扫描,并且具有很高的分辨率。主要关键技术及创新点为:不同波长多个激发激光器系统应用设计和光束缩小、定向技术;激光窄带滤光片设计、镀膜制备技术,高灵敏度荧光分子探测技术,高精度快速扫描技术,整机控制和智能界面操作技术;数据判读、处理和显示软件技术。
i线深度刻蚀曝光光刻机
i线深度刻蚀曝光光刻机在微电子、微光学、微机械系统、红外器件、准LIGA及声表面波等器件的研制和生产中都有应用前景。该机在深度光刻中具有突出特色,采用1000W大功率汞灯照明电源系统,采用球气浮自动调平调焦技术及高倍率双视显微镜与CCD图像对准技术。控制系统采用压电陶瓷自动闭环精确设定曝光间隙,自动分离对准间隙,具备接触和绝对不接触曝光方式和定时、定剂量两种曝光剂量设定功能。采用特殊蝇眼透镜平滑衍射效应提高光刻分辨率等先进技术。光刻分辨率达0.8μm-1μm,线条侧壁陡度达85°,对深层光刻线条高宽比,孤立线条可达60:1,等间距线条优于20:1。具有分辨力高、套刻准、线条陡直、线条高宽比大、曝光速度快等特点。
微细加工前景:
如果进入微观世界,能够捕获一个或多个单原子,然后让它们重新排列组合,那么就会导致物质本身发生某些变化,而这些变化将会对未来许多领域,及人类生活产生巨大影响。例如,我们把组成水分子的氢和氧分开,二者都是可以燃烧的。小的分子,只有足球体积的几亿分之一,用机械方法,几乎是不可能捉住它,分子又是由原子组成的,操纵一个原子,就更难了,而光可以做到这一点。一束极细的激光,产生光子流,其动量转移给物体,形成光压,再通过适当的光场分布,可以把那种极小的原子俘获在一定的位置,并可方便把移动它。实际上这就实现了对原子的操作。
控制原子或分子的手段叫光镊,对分子原子进行切割雕刻使用的是光刀。一种材料通过改变它的分子结构及原子排列取向,进而形成新布局,那么,它的性能就会发生很大变化,这样未来我们所制造出来的电子器件,与现在相比,其功能相同,而体积则要小多少万倍。
出一种相当美好的前景,并引起各方面的广泛重视。
小结
微细加工作为精密和超精密加工的一个分支,在国防和众多领域都显示了它本身的重要性,最为我们国家,在这一领域的发展还存在着严重的不足,要像是我们国家的科技实力,国防实力,以及经济实力持续稳定健康的发展,都必须积极的发展和创新在这一科技领域的技术,不断的改善完善技术工艺,是我们国家在这一科技领域走到世界的前沿。
作为一个新兴行业,微细加工和精密超精密加工的发展前景是无可限量的,只要我们高度重视它的发展,我们将开创一个科学领域的新局面,攀上科技的高峰。