被誉为“工业皇冠上的明珠”,发展史更是人类突破物理极限的史诗

路飞写代码 2025-04-22 14:01:10

常有人认为制造业当中并不需要非常精密的技术,那么你错了,高端制造业的竞技场上,有一种被誉为“工业皇冠上的明珠”的技术,它就是超精密加工技术,超精密加工技术的发展史更是一部人类突破物理极限的史诗!

跻身超精密加工第一梯队

很多行业其实都依赖超精密加工技术,比如7nm芯片制造需要的光刻机反射镜,还有太空望远镜的镜面抛光,甚至是核聚变装置里的惯性约束元件,这些都离不开超精密加工技术,也正是超精密加工技术的突破,才让我们能够在元件加工当中实现原子级的精度控制。

因此这项技术不仅是衡量一个国家制造业水平的核心指标,更是突破“卡脖子”难题的关键战场,谁能够掌握超精密加工技术,谁就能够站在全球第一梯队,中国在该领域已经实现了纳米级的精度控制,真的可以借用华为余承东的一句话“遥遥领先”。

当然了这并非笔者在吸引眼球,超精密加工技术通常是指加工精度优于0.1微米(100纳米),表面粗糙度小于10纳米的制造技术,传统的精密加工通常在1到10微米,打个通俗的比喻就是在一根头发丝的横截面上雕刻出一个复杂的三维结构。

超精密加工突破源于“三核心”的跃升

超精密加工技术的突破其实主要源于这三个核心能力的巨大跃升,第一就是机床运动控制,中国哈工大研发的磁浮纳米定位平台如今已经可以实现0.5纳米的移位。第二就是在刀具与能量束控制方面,传统的金刚石刀具到飞秒激光,聚焦离子束加工方式也从机械式接触切削扩展到非接触式操控。

最后一个就是环境的干扰抑制,要知道超精密加工技术需要严格的环境,任何微小的干扰都会让精度大打折扣,而中国科学院长光所建立的超净实验室,通过气浮隔振地基和磁流变阻尼器,成功的将环境振动控制到0.05微米以下,从环境干扰抑制面来提高超精密加工的精度。

超精密技术演进史与应用

超精密技术的演进发展史,对于人类来说是一次又一次人类向物理极限发起的挑战,1950年的时候,美国研发出首台数控金刚石机床,能够实现精度5微米的元件加工,可以说人类在工业制造上实现了巨大的突破。

1980年的时候,日本凭借着工匠精神,其超精密车削技术在当时几乎垄断了半导体设备市场,实现了光刻机透镜加工误差控制在λ/50(λ=632.8纳米)。

而进入到21世纪后,随着中国制造业的蓬勃发展,中国在高档数控机床与基础制造设备上,实现了五轴联动加工中心定位精度0.1微米,成功的跻身全球第一梯队。超精密加工技术可以说在各种领域都发挥着重要的作用。

首先就是生物医疗方面,比如人工晶状体就需要依赖超精密注塑技术,其次就是在光学系统领域,比如詹姆斯·韦伯望远镜的铍基主镜,其面形精度需要达到6nm,这也是需要依赖超精密加工技术。

当然了航空航天领域、半导体制造领域都需要超精密加工技术,而纳米级的精度也绝不是人类的极限,未来还会向亚纳米级,量子级发起挑战与冲锋。

结语

虽然目前中国在超精密加工领域有着完整的技术链条,但是依然还面临着诸多挑战,比如跨尺度协同制造方面,如何宏观零件与微观特征实现一体化加工制造,比如1立方米元件上如何保持0.1微米级精度,如何将实验室的成果落地,降低成本提高效率,这些都是需要后面的科研工作者前仆后继,虽然中国起步比较晚,但是如今也已经站稳第一梯队,所以没有什么是能够难倒中国人的,中国科技加油!

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评论列表
  • 2025-04-22 20:55

    各行各业离世界第一已经不远了,二十五年左右吧[笑着哭]

路飞写代码

简介:高级前端、专注原创、经验分享、科技达人、喜欢造轮子