超精密加工技術(shù)ppt課件-資料下載頁
2025-01-17 19:50本頁面
【正文】 ?要求：定位精度 ， 重復(fù)定位精度 ?導(dǎo)軌：硬質(zhì)合金滾動體導(dǎo)軌 ， 或液 （ 氣 ） 靜壓導(dǎo)軌 ?工作臺：粗動 — 伺服電機 + 滾珠絲杠 微動 — 壓電晶體電致伸縮機構(gòu) 圖 26 電致伸縮微動工作臺 X Y 0 Py1 Py2 Px 微動工作臺 ?工作臺微動的形成： X運動： Py1＝ Py2 Px長度變化 Y運動： Py1＝ Py2 Py1長度變化 Z轉(zhuǎn)動： Py1≠ Py2 ◆ 加工設(shè)備 （電子束光刻大規(guī)模集成電路） 二、 微細與超微細加工技術(shù) ◆ 通常指 納米級 （ ～ 100nm） 的 材料 、 設(shè)計 、 制造 、測量和控制技術(shù) 。 納米技術(shù)涉及機械 、 電子 、 材料 、 物理 、化學(xué) 、 生物 、 醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域 。 ◆ 在達到納米層次后 ， 決非幾何上的 “ 相似縮小 ” ， 而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律 。 量子效應(yīng) 、 波動特性 、 微觀漲落等不可忽略 ， 甚至成為主導(dǎo)因素 。 ◆ 納米技術(shù)研究的主要內(nèi)容 ?納米級精度和表面形貌測量及表面層物理 、 化學(xué)性能檢測； ?納米級加工； ?納米材料； ?納米級傳感與控制技術(shù)； ?微型與超微型機械 。 三、 納米技術(shù) ? 掃描隧道顯微測量 （ STM, Scanning Tunneling Microscope ） ? 掃描隧道顯微鏡 1981年由在 IBM瑞士蘇黎世實驗室工作的 和 發(fā)明 ， 可用于觀察物體 級的表面形貌 。 被列為 20世紀 80年度世界十大科技成果之一 ，1986年因此獲諾貝爾物理學(xué)獎 。 ?A? STM工作原理基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng) 。 當兩電極之間距離縮小到 1nm時 ， 由于粒子波動性 ， 電流會在外加電場作用下 ， 穿過絕緣勢壘 ，從一個電極流向另一個電極 。當一個電極為非常尖銳的探針時 ， 由于尖端放電使隧道電流加大 。 三、 納米技術(shù) STM 圖 32 STM工作過程演示 圖 31 STM實物照片 三、 納米技術(shù) 通過掃描隧道顯微鏡操縱氙原子用 35個原子排出的 “ IBM” 字樣 石墨三維圖像 三、 納米技術(shù) 圖 33 用 STM移動分子組成的 IBM字樣 圖 34 用 STM觀察 石墨原子排列 ? 當探針與試件表面距離達 1nm時 ， 形成隧道結(jié) （ 圖 35） 。 當偏壓 Ub小于勢壘高度 φ時 ， 隧道電流密度為： 24212220??????????? kba eUdkhej式中 h —— 普郎克常數(shù)； e —— 電子電量； ka， k0 —— 系數(shù) 。 ? 由上式可見 ， 探針與試件表面距離 d 對隧道電流密度非常敏感 ， 這正是 STM的基礎(chǔ) 。 φ1 φ2 d 試件 STM探針 Ub 圖 35 STM隧道結(jié) 三、 納米技術(shù) ? 兩種測量模式 （ 2） 恒電流測量模式 （ 圖 36b） ：探針在試件表面掃描 ， 使用反饋電路驅(qū)動探針 ， 使探針與試件表面之間距離 （ 隧道間隙 ） 不變 。 此時探針移動直接描繪了試件表面形貌 。此種測量模式隧道電流對隧道間隙的敏感性轉(zhuǎn)移到反饋電路驅(qū)動電壓與位移之間的關(guān)系上 ， 避免了非線性 ， 提高了測量精度和測量范圍 。 b） 試件 輸出 運動軌跡 驅(qū)動電路 掃描器 檢測電路 控制器 圖 36 STM工作原理 掃描器 檢測電路 a） 輸出 試件 運動軌跡 （ 1）等高測量模式（圖 36a）： 探針以不變高度在試件表面掃描，隧道電流隨試件表面起伏而變化，從而得到試件表面形貌信息。 三、納米技術(shù) ? 關(guān)鍵技術(shù)： （ 1） STM探針 —— 金屬絲經(jīng)化學(xué)腐蝕 ， 在腐蝕斷裂瞬間切斷電流 ， 獲得尖峰 ， 曲率半徑為 10nm左右 。 圖 37 STM針尖 三、 納米技術(shù) （ 2） 隧道電流反饋控制 （ 圖 38） 三、 納米技術(shù) 計算機 差分比較 積分放大 比例放大 高壓放大 A/D XYZ控制信號 設(shè)定電壓 前置放大 對數(shù)放大 （線性化） 探針 壓電陶瓷 試件 圖 38 隧道電流反饋控制系統(tǒng)原理框圖 D/A （ 3） 納米級掃描運動 —— 壓電陶瓷掃描管 （ 圖 39） （ 4）信號采集與數(shù)據(jù)處理 —— 由軟件完成。 ΔX ΔZ 陶瓷管 金屬膜 +UX UX UY +UY UZ a） L L 0 b） 圖 39 壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)及工作原理 當陶瓷管內(nèi)壁接地 ， X軸兩外壁電極電壓相反時 ， 陶瓷管一側(cè)伸長 ， 另一側(cè)縮短 ， 形成 X方向掃描 (圖 39b ) 。若兩外壁電極電壓相同 ， 則陶瓷管伸長或縮短 ， 形成 Z方向位移 。 壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)見圖 39 a ，其工作原理見圖 39b。 三、 納米技術(shù) 課堂作業(yè) 精密加工技術(shù)、超精密加工技術(shù)、納米技術(shù)的概念 討論： 你希望學(xué)習(xí)和了解哪些先進制造技術(shù)？ 個人設(shè)計某種先進制造技術(shù)來實現(xiàn)特定產(chǎn)品的加工？
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