摘要：微制造技術(shù)是目前全球關(guān)注和研究的重點，激光納米制造技術(shù)是其中的主要核心技術(shù)之一。本文介紹了納米技術(shù)和激光加工技術(shù)，探討了激光納米制造技術(shù)的發(fā)展方向，希望引起人們對激光納米制造技術(shù)的更多關(guān)注和研究。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；微制造技術(shù)；激光加工技術(shù)

1.引言

微制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代末90年代初才逐步發(fā)展起來的前沿、交叉性新興學(xué)科領(lǐng)域。它的迅猛發(fā)展將在21世紀(jì)促使幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。微制造產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用將會像微電子技術(shù)給世界帶來的影響那樣，引發(fā)一場新的技術(shù)革命。這是一場高技術(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，可能成為我國趕超世界先進(jìn)水平、向高技術(shù)躍進(jìn)的一個突破口，而納米技術(shù)和激光加工技術(shù)又是微制造技術(shù)中的核心。

2.納米技術(shù)

納米技術(shù)通常指納米級的材料、設(shè)計、制造、測量和控制技術(shù)。納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。納米技術(shù)和納米制造技術(shù)是21 世紀(jì)的重要前沿領(lǐng)域，它將使人們在生產(chǎn)方式和生活方式上有更大的改觀。

2.1 納米制造

納米制造指所制造對象的特征尺寸至少有一個維度在1~ 100 nm 之間，包括納米顆粒、納米線、納米管等納米材料的制備，表面納米結(jié)構(gòu)的制備，以及三維納米結(jié)構(gòu)/ 器件的制造等。體積更小、功能更強(qiáng)、效率更高、耗材更少、能耗更低的器件和產(chǎn)品是工業(yè)界不斷追求的目標(biāo)。特別是隨著制造技術(shù)從微米尺度向納米尺度的發(fā)展，對100 nm 以下特征尺寸的加工能力提出了越來越高的要求。

納米制造技術(shù)涉及超精密加工技術(shù)、精密測量、傳感和控制技術(shù)，其中納米級加工技術(shù)是其核心，可分為加工精度和加工尺度兩個方面。加工精度由本世紀(jì)初的最高精度10Lm，發(fā)展到現(xiàn)在的20nm、表面粗糙度2～5nm，而用金剛石車床加工的超精密衍射光柵的精度已達(dá)到1nm。目前，加工中心的定位精度約為2μm，坐標(biāo)磨床的定位精度約為1μm; 對于IC 圖形制作設(shè)備，它的校準(zhǔn)和曝光機(jī)定位精度約為50nm。實驗室可制作10nm 以下的線、柱和溝槽。納米加工的精度或尺度是近原子尺寸量級的，其加工技術(shù)包括:超精密機(jī)械加工、光刻加工、能量束加工、掃描探針顯微鏡加工。

2.2 納米精度測量

目前，能夠?qū)崿F(xiàn)納米測量方法主要有：電感電容測微儀、X 射線干涉儀、Febra-perot干涉儀、外差式激光干涉儀、計量型掃描探針顯微鏡等。在光學(xué)納米干涉測量方法中廣泛采用光學(xué)倍程技術(shù)、干涉條紋電子細(xì)分技術(shù)和電子倍頻技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了光學(xué)干涉儀的測量分辨率，理論上可以實現(xiàn)納米、亞納米甚至皮米量級分辨率。但由于測量精度的提高不僅與測量原理有關(guān)，在納米測量技術(shù)中，環(huán)境溫度的不穩(wěn)定性、儀器本身的溫度差異、振動及外界機(jī)械干擾都會對測量結(jié)果產(chǎn)生重大影響，還需要克服器件制造及安裝技術(shù)造成的誤差環(huán)節(jié)，其理論與實踐之間還存在較大的差距。

3.激光加工技術(shù)

激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進(jìn)加工技術(shù)，被譽(yù)為“未來的萬能加工工具”、“制造技術(shù)的共同加工手段”。近年來，由于激光光源性能的提高(如準(zhǔn)分子激光和飛秒激光)，微細(xì)激光加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各種金屬、陶瓷、玻璃及半導(dǎo)體等材料的具有微米尺寸的微型零件或裝置的加工中。隨著大功率激光器件及配套制造系統(tǒng)的發(fā)展，激光加工技術(shù)形成了激光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火激光微加工等十幾種應(yīng)用工藝。

3.1激光焊接

激光焊接是以激光作為能量載體的一種高能密度焊接方法，即將激光束直接照射到材料表面，通過激光與材料相互作用使材料內(nèi)部熔化實現(xiàn)焊接。近年來，激光焊接技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于碳鋼及普通合金鋼、不銹鋼等，而且在鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)材料的焊接方面取得了重大突破，為汽車、飛機(jī)等結(jié)構(gòu)整體化、輕量化和低成本制造提供了保障。

3.2 激光切割

激光切割是利用聚集的高功率密度激光束照射工件，在超過激光閾值的激光功率密度的前提下，激光束的能量以及活性氣體輔助切割過程所附加的化學(xué)反應(yīng)熱能全部被材料吸收，由此引起激光作用點的溫度急劇上升，達(dá)到沸點后材料開始?xì)饣�，并形成孔洞，隨著光束與工件的相對運動，最終使材料形成切縫，切縫處的熔渣被一定的輔助氣體吹除。激光切割的斷面非常光滑，精度可達(dá)0.1mm，適合后期焊接，而等離子切割的斷面往往需要打磨才能進(jìn)行焊接。