초정밀 가공은 전통 기계에 속합니까?

\ "한 자 유봉, 반나절, 무진장. 클릭합니다 중국 고대 전국 시대의 현자 공손룡이 제기한 명제이다. 한 자 길이의 나무 막대기가 매일 둘로 잘려져, 이렇게 베어도 영원히 잘릴 수 없다는 뜻이다. 이것은 고대인들이 사물에 대해 무한히 분리할 수 있는 대담한 추측을 반영한다. 우리 인간이 메뚜기라면, 우리 다리는 손가락만큼 굵지만, 우리는 10 미터 (인간 높이뛰기 세계기록은 약 2.5 미터) 를 뛸 수 있고, 50 미터를 뛸 수 있기 때문에 100 미터 경주는 운동선수의 멀리뛰기 경기가 된다. 우리는 어떤 고층건물에서도 뛰어내릴 수 있고, 조금도 손상되지 않고, 엘리베이터 회사는 정말 파산할 수 있다.

실제 예

이해하다 이해

그렇다면 현대 기술은 어떻게 이 명제를 이해할 수 있을까요? 원자와 분자의 개념이 확립된 이래로, 어떤 물질이 원자와 분자 (1 er) 보다 더 작을 때 그 성질이 변하거나 새로운 물질이 될 수 있다는 것을 깨달았다. 전해수 실험에서 전류는 물 분자를 수소와 산소로 분해하는 데 도움이 된다. 우리가 계속 분열할 수는 있지만, 분열의 대상이 변한 것은 마치 우리가 지렁이 한 마리를 둘로 나누어 두 마리가 아니라 두 마리의 나비를 낳는 것과 같다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 믿음명언) 나노 개념을 도입했을 때, 우리는 물질이 나노 스케일 (10 에 해당하는 10 원자의 길이) 로 나뉘었을 때 여러 가지 변화가 일어났다는 것을 알게 되었습니다. 하지만 물론, 이 시점에서 물질의 종류는 변하지 않았습니다.

실험

융점 변화: 나노금 입자의 융점은 섭씨 330 도로 일반 금보다 700 도 낮은 반면, 나노은 가루의 융점은 100 도 정도밖에 되지 않아 물의 끓는 점에 가깝다. 색상 변화: 예를 들어, 금속 나노 물질의 색상이 검게됩니다. 전도성 변화: 금속 나노 물질은 절연체가 된다. 이런 이상한 현상은 마치 우리가 죽은 몽둥이를 둘로 나눌 때, 각각의 짧은 몽둥이가 싹이 난 나뭇가지로 변하는 것처럼 일어난다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 믿음명언) 물체의 크기와 모양을 바꿔야 물리적 성질을 바꿀 수 있는 것 같은데, 이것은 확실히 우리가 거시세계에서 얻은 경험과 모순된다. 치수 효과를 이해할 때 가장 자주 언급되는 예는 생물학에 있다. 메뚜기와 같은 곤충 한 마리는 길이가 약 10 센티미터이다. 다리가 여섯 개 있는데, 각 다리는 2 ~ 3 밀리미터 정도밖에 굵지 않지만, 메뚜기는 높이 1 미터, 몇 미터 정도 뛸 수 있으며, 몇 미터에서 떨어져도 다치지 않는다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 다리명언)

개념

이것은 무슨 개념입니까? 물론 그렇지 않습니다. 사실, 모든 성인의 허벅지는 수십 센티미터의 굵기가 있어서 높이가 1 미터, 몇 미터밖에 뛰지 못한다. 만약 그가 4 ~ 5 미터 높이에서 떨어지면 다칠 것이다. 우리보다 큰 동물은 이 방면에서 더 재능이 없다. 코끼리 한 마리의 다리는 고궁 본전의 기둥처럼 굵지만 코끼리가 뛰는 것을 본 사람은 없다. 사실, 그것의 네 다리 중 두 개는 항상 땅에 떨어진다. 만약 우리가 코끼리를 2 층 높이에서 떨어뜨린다면, 동물원은 분명히 살인죄로 우리를 고소할 것이다. 이것은 또한 왜 역사상 거대한 공룡이 멸종되었는지도 설명할 수 있다. 생물체의 부피가 클수록 유연성이 떨어지며 부상을 입기 쉽다. 그래서 환경이 바뀌고 재난이 닥칠 때, 대형 생물은 생존하기 어렵다.

왜 생물은 이런 크기 효과를 가지고 있을까요?

화학과 역학의 관점에서 볼 때, 생물은 모두 탄수화물, 체액 등으로 구성되어 있다. 건축 재료는 동일하기 때문에 다른 생물의 밀도, 힘, 체력도 마찬가지다. 생물체의 부피가 커짐에 따라. 중량은 부피에 비례하므로 중량이 증가하는 속도는 입방제곱이다. 무게와 운동을 지탱하는 능력은 다리의 힘 면적에 비례하여 2 차 속도로 증가한다. 생물학적 지원 무게와 운동 능력의 향상이 체중 증가보다 느리다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 힘 면적을 늘리는 것, 즉 다리 치수를 늘려야 체중이 더 빨리 늘어나는 것을 상쇄할 수 있다. 생물체의 전체 크기, 다리를 지탱하는 크기, 코끼리 4 m 0.5 m 인간 2 m 20 cm 메뚜기 10 cm 2-3 mm 모기 < 1 cm 0. 1 mm 지구 그러나, 너무 작은 행성은 생물권을 유지하지 못할 수도 있다. 따라서 크기 효과가 생물에 미치는 영향만 고려하면 지혜의 생명으로 진화할 수 있는 행성의 크기가 제한되어야 한다고 추측할 수 있다.

마이크로 전자 기계 시스템

마이크로 전자 기계 시스템 (Micro-electro-mechanical system) 은 마이크로 기계, 마이크로 센서, 마이크로 액추에이터, 신호 처리 및 제어 회로, 인터페이스, 통신 및 전원 공급 장치를 대량 생산할 수있는 마이크로 장치 또는 시스템을 의미합니다.

MEMS 의 특성

MEMS 는 반도체 집적 회로의 미세 가공 기술과 초정밀 가공 기술의 발전에 따라 발전했다. MEMS 는 1) 소형화가 특징입니다. MEMS 부품은 크기가 작고, 무게가 가벼우며, 에너지 소비량이 낮고, 관성이 작고, 공진 주파수가 높고, 응답 시간이 짧습니다. 2) 실리콘을 주요 소재로 하여 역학 및 전기적 성능이 우수합니다. 실리콘의 강도, 경도 및 영률은 철과 비슷하고 밀도는 알루미늄과 비슷하며 열전도율은 몰리브덴, 텅스텐과 가깝습니다. 3) 대규모 생산: 실리콘 마이크로 기계 가공 공정을 통해 한 실리콘에 수백 개의 마이크로컴퓨터 전기 부품 또는 완전한 MEMS 를 동시에 제조할 수 있습니다. 대량 생산은 생산 원가를 크게 낮출 수 있다. 4) 통합: 여러 가지 기능, 민감한 방향 또는 작동 방향이 다른 센서 또는 액추에이터를 하나로 통합할 수 있습니다. 또한 마이크로센서 어레이와 마이크로액추에이터 어레이를 형성할 수 있으며, 다양한 기능을 갖춘 장치를 통합하여 복잡한 마이크로시스템을 형성할 수도 있습니다. 마이크로센서, 마이크로액츄에이터, 마이크로전자 장치를 통합하면 안정성과 안정성이 뛰어난 마이크로전기 시스템을 만들 수 있습니다. 5) 학제 간: MEMS 는 전자, 기계, 재료, 제조, 정보 및 자동 제어, 물리, 화학, 생물학 등 여러 학과를 포괄하여 오늘날 과학 기술 발전의 많은 최첨단 성과를 모으고 있다. MEMS 개발의 목표는 소형화와 통합을 통해 새로운 원리, 새로운 기능 구성 요소 및 시스템을 탐색하여 새로운 기술 분야와 산업을 개척하는 것입니다. MEMS 는 대형 기계 시스템에서 수행할 수 없는 작업을 수행하거나 대형 시스템에 내장하여 자동화, 인텔리전스 및 신뢰성을 새로운 수준으로 끌어올릴 수 있습니다. 2 1 세기, MEMS 는 점차 실험실에서 실제 응용으로 옮겨가면서 공업농업, 정보, 환경, 생물공학, 의료, 우주 기술, 국방, 과학 발전에 큰 영향을 미칠 것이다.

이 MEMS 편집

개념

마이크로전자 시스템 (Micro-Electro-Mechanical System)-MEMS 는 기본적으로 몇 센티미터 이하의 작은 장치입니다. 센서, 실행기, 마이크로에너지의 세 부분으로 구성된 독립적인 지능형 시스템입니다. MEMS 는 물리학, 화학, 광학, 의학, 전자공학, 재료공학, 기계공학, 정보공학, 생물공학 등 여러 분야와 공학기술을 다루고 있습니다. 현재 시스템 생명기술의 합성생물학과 마이크로유체 기술 등에 광범위하게 응용되고 있다. 마이크로기계 시스템의 제조 기술에는 주로 집적 회로 기술, 마이크로/나노 제조 기술, 소형 기계 기술 및 기타 특수 가공 작업이 포함됩니다. 마이크로기계 시스템은 국민 경제와 군사 시스템에서 광범위한 응용 전망을 가질 것이다. 주요 민간 분야는 의약품, 전자, 우주 시스템이다. 미국은 자동차 충돌 방지 MEMS 가속도계와 센서를 성공적으로 개발하여 자동차 안전, 연료 절약 10% 를 높였습니다. 미국 국방부의 이 시스템만 매년 수십억 달러의 휘발유 비용을 절감할 수 있다. MEMS 를 우주 시스템에 적용하면 비용을 크게 절감하고, 시스템의 유연성을 높이며, 우주 시스템의 변화를 야기할 수 있습니다. 예를 들어, 2 cm× 2 cm× 0.5 cm 로 표시된 소형 관성 측정 장치의 원형은 무게가 5g 입니다. 군사 응용 분야에서 미 국방부 고급연구계획국은 MEMS 를 소형 관성 측정 장치, 대용량 데이터 저장 장치, 소형 분석 기기, 의료 센서, 광섬유 네트워크 스위치, 환경 및 안전 모니터링을 위한 분산 무인 감지에 적용하는 연구를 진행하고 있습니다. 이 국은 MEMS 기반 가속도계를 보여 화포 발사 시 발생하는 근거리 10.5 중력 가속도의 충격을 견딜 수 있으며, 유도되지 않은 탄약을 위한 경제적인 유도시스템을 제공한다. MEMS 가 구상한 군사 앱으로는 화학전쟁제 경보기, 적 인식 장치, 스마트 피부, 분산 전장 센서 네트워크 등이 있다. 마이크로전기 시스템의 전체 이름 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 는 마이크로센서, 실행자, 신호 처리 및 제어 회로, 인터페이스 회로, 통신 및 전원 공급 장치가 통합된 마이크로전기 시스템을 말합니다. 요약하자면, 마이크로기계 시스템은 소형화, 지능화, 다재다능함, 고도의 통합, 대규모 생산에 적합한 기본적인 특징을 가지고 있습니다. MEMS 기술의 목표는 시스템의 소형화와 통합을 통해 새로운 원리와 기능을 갖춘 구성 요소와 시스템을 탐색하는 것입니다. MEMS 기술은 전자 기술, 기계 기술, 물리학, 화학, 생의학, 재료 과학, 에너지 과학 등 자연 과학 및 공학 과학의 거의 모든 분야를 포함하는 전형적인 교차 분야 최첨단 연구 분야입니다. 연구 내용은 일반적으로 1 의 세 가지 기본 측면으로 요약할 수 있습니다. 이론적 기초: MEMS 가 현재 달성할 수 있는 규모에서는 거시세계의 기본적인 물리적 법칙이 여전히 작용하고 있지만, 크기 축소로 인한 스케일 효과로 인해 많은 물리적 현상이 거시세계와 크게 다르기 때문에 기존의 이론적 기반이 많이 달라질 수 있습니다. 힘의 크기 효과, 미세 구조의 표면 효과, 미세 마찰 기계 등. 따라서 미시역학, 미시유체역학, 미시열역학, 미시마찰학, 미시광학, 미시마이크로구조에 대한 심도 있는 연구가 필요하다. 이 방면의 연구는 이미 중시되었지만 난이도가 높아서 다학과 학자들이 기초 연구를 해야 하는 경우가 많다.

기술 지원

MEMS 의 기술 기반은 (1) 설계 및 시뮬레이션 기술로 나눌 수 있습니다. (2) 재료 및 가공 기술 (3) 패키징 및 조립 기술; (4) 측정 및 시험 기술; (5) 통합 및 시스템 기술.

응용연구

사람들은 MEMS 제조를 위한 다양한 기술을 개발해야 할 뿐만 아니라, MEMS 기술과 항공 우주, 정보 통신, 생화학, 의료, 자동 제어, 소비 전자, 무기를 결합하여 다양한 분야의 요구 사항을 충족하는 MEMS 장치와 시스템을 만드는 방법도 중요합니다. 대략 세 가지 방향이 있습니다: 무선 MEMS 무선 주파수 (예: 릴레이, 스위치, 가변 콘덴서, 공진기. 생체 마이크로기계 시스템 생물학 (예: 미량 분석 시스템). 전력 MEMS. 마이크로 모터와 같은 마이크로 에너지 수집.

초정밀 가공

1960 년대에는 원자력, 대규모 집적 회로, 레이저, 항공 우주 등 첨단 기술의 수요를 충족시키기 위해 정확도가 매우 높은 가공 기술로 발전했다. 1980 년대 초까지 최대 가공 치수 정밀도는 1 0nm (1nm = 0.001미크론) 에 도달했으며 표면 거칠기는1에 도달했습니다. 나노 미터 초정밀 가공은 나노 기술이라고도 한다. 초정밀 가공은 발전하고 있는 학제 간 종합 기술이다.

소개

1960 년대에는 원자력, 대규모 집적 회로, 레이저, 항공 우주 등 첨단 기술의 수요를 충족시키기 위해 정확도가 매우 높은 가공 기술이 개발되었습니다. 초정밀 가공의 정밀도는 기존 정밀 가공보다 한 단계 이상 높다. 1980 년대까지 가공 치수 정밀도는10nm (1×10-8m) 에 달하고 표면 거칠기는 1 nm 에 이를 수 있었습니다. 초정밀 가공은 가공소재 재료, 가공 장비, 공구, 측정 및 환경에 대한 특별한 요구 사항이 있으며 정밀 기계, 정밀 측정, 정밀 서보 시스템, 컴퓨터 제어 등의 첨단 기술을 종합적으로 적용해야 합니다. 초정밀 가공의 정밀도는 기존 정밀 가공보다 한 단계 이상 높다. 새로운 가공 방법이나 새로운 가공 매커니즘을 채택하는 것 외에 가공소재 재료, 가공 장비, 공구, 측정 및 환경 조건에 대한 특별한 요구 사항이 있습니다. 가공소재의 재료는 매우 섬세하고 균일해야 하며 내부 잔류 응력을 제거하고 고도의 치수 안정성을 보장하며 가공 후 변형을 방지하기 위해 적절하게 처리되어야 합니다. 가공 설비는 매우 높은 운동 정밀도를 가져야 하며, 레일의 직선도와 스핀들의 회전 정밀도는 0.65438 0 미크론에 도달해야 하며, 미세 이송 및 위치 정확도는 0.065438 0 미크론에 도달해야 합니다. 환경 조건이 가혹하여 항온 항습과 공기를 깨끗하게 유지하고 효과적인 방진 조치를 취해야 한다. 가공 시스템의 시스템 오류 및 임의 오류는 0.65438 0 미크론 이하로 제어해야 합니다. 이러한 조건은 정밀 기계, 정밀 측정, 정밀 서보 시스템, 컴퓨터 제어 등 각종 선진 기술을 종합적으로 응용하여 얻은 것이다.

이 섹션 범주 편집

초정밀 가공

주로 초정밀 터닝, 거울 연삭 및 연삭이 있습니다. 마이크로선반은 초정밀 선반에서 정교하게 연마된 단결정 금강석차 칼로 진행되며 절삭 두께는 1 미크론 정도밖에 되지 않습니다. 유색금속 재료를 가공하는 데 일반적으로 사용되는 구, 비구면, 평면 미러 등 정밀도가 높은 부품으로 서피스 마무리가 높습니다. 예를 들어 핵융합 장치를 가공하는 데 사용되는 지름이 800 mm 인 비구면 거울은 최대 정밀도는 0. 1 미크론이고 표면 거칠기는 Rz0.05 미크론입니다.

초정밀 특수 가공

가공 정밀도가 나노, 심지어 원자 단위 (원자 격자 간격 0. 1 ~ 0.2 나노) 를 목표로 할 때, 가공 방법은 더 이상 적응할 수 없으며, 특수 가공 방법, 즉 화학에너지, 전기화학 에너지, 열에너지, 전기에너지를 적용하여 원자간 결합에너지를 초과하여 기계화학 마감, 이온 스퍼터링 및 이온 주입, 전자빔 노출, 레이저 빔 처리, 금속 증발 및 분자 빔 외연이 있습니다. 이 방법들은 제거하거나 첨가한 표층물질의 양을 매우 정확하게 조절할 수 있는 것이 특징이다. 그러나 초정밀 가공 정밀도를 얻으려면 여전히 정밀 가공 장비와 정밀 제어 시스템에 의존하며 초정밀 마스크를 중개자로 사용합니다. 예를 들어 VLSI 의 제판은 전자빔 노출 마스크의 포토 레지스트 (리소그래피 참조) 를 사용하여 포토 레지스트의 원자를 전자의 영향으로 직접 중합 (또는 분해) 한 다음 중합 또는 중합되지 않은 부분을 현상액으로 용해시켜 마스크를 만드는 것입니다. 전자빔 노출판은 위치 정확도가 0.0 1 미크론인 초정밀 가공 장비가 필요합니다.