40挤压铸造
挤压铸造的实质是浇入金属型中的液态金属,在通过冲头传递的压力作用下,进行充填、成形和凝固结晶,从而获得铸件。由于液态金属的充填、成形和凝固都是在压力作用下完成的。因此,该工艺具有如下优点:铸件尺寸精度高且表面粗糙度低;铸件在凝固过程中能得到有效补缩,故铸件无缩孔、缩松及气孔等铸造缺陷,且组织致密,晶粒细化,力学性能可达到同类合金的铸件水平;此外,不必设置浇冒口系统,减少液态金属的消耗,提高了工艺实收率。目前,我国挤压铸造的主要产品有:摩托车、汽车铝合金轮、铝合金活塞和复合材料活塞、汽车及摩托车制动器、减震器、压力机连杆、摩托车发动机及传动箱铝件、铝压力锅及炊具、汽车空调压缩机铝件、自行车铝接头、曲柄件、铝合金光学镜架、仪表壳体件、各种铝合金泵体、铜合金轴套以及军品零件。
41体微机械加工技术
体微机械加工就是一种对硅衬底的某些部位用腐蚀技术有选择地除去一部分以形成微机械结构的工艺,常用的主要有湿法腐蚀和干法腐蚀两种。湿法腐蚀是应用化学腐蚀的方法对硅片进行加工的技术,一般用各向同性化学腐蚀、异性化学腐蚀和电化学腐蚀。干法腐蚀是另一种体微机械加工技术。它是利用粒子轰击对材料的某些部位进行选择性地腐蚀的方法,即采用等离子体腐蚀、离子束和溅射腐蚀、反应离子束腐蚀等工艺来腐蚀多晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜以形成微机械结构。目前,随着干法腐蚀技术的发展,已形成以干法为主,干、湿法结合的刻蚀工艺。
42表面微机械加工技术
表面微机械加工技术是在硅表面根据需要可生长多层薄膜,如二氧化硅(SiO2)、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜层(PSG);采用选择性腐蚀技术,去除部分不需要的膜层,在硅平面上形成所需要的形状,甚至是可动部件,去除的部分膜层一般称为“牺牲层”,整个加工过程都在硅片表面层上进行,其核心技术是“牺牲层”技术。表面微机械加工技术的优点在于:在制造过程中所使用的材料和工艺与常规集成电路生产有很强的兼容性,这就保证了从事经常性生产和研究所需的费用,而不必另外投资;再者,只要在制膜时略加改动,就可以用同样的方法制造出大量不同结构。其最大优势在于把机械结构与电子电路集成一起的能力,从而使微产品具有更好的性能和更高稳定性。
43微型机械加工技术
微型机械加工技术是指制作微机械或微型装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展是最早是与大规模集成电路密切相关的,集成电路要求在微小面积的半导体材料上能容纳更多的电子元件,以形成功能复杂而完善的电路,电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术和标志,微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄膜图形的先进制造技术。目前微型机械加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工工艺和体加工工艺,80年代中期以后在LIGA(光刻电铸)加工、准LIGA加工、超微细机械加工、微细电火花加工、等离子体加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、快速原型制造(RPM)以及键合技术等微细加工工艺方面取得了相当大的进展。微型机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要又非常活跃的技术领域。
44半导体加工技术
半导体加工技术即半导体的表面和立体的微细加工,指在以硅为主要材料的基片上,进行沉积、光刻与腐蚀的工艺过程。半导体加工技术使MEMS(微型机电系统)的制作具有低成本、大批量生产的潜力。
45光刻加工技术
光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印制在涂有光致抗蚀剂(光刻胶)的薄膜或基材表面,然后进行选择性腐蚀,刻蚀出规定的图形。所用的基材有各种金属、半导体和介质材料。光致抗蚀剂是一类经光照后能发生交联、分解或聚合等光化学反应的高分子溶液。光刻工艺的基本过程通常包括涂胶、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等步骤。在制造大规模、超大规模集成电路等场合、需采用CAD技术,把集成电路设计和制版结合起来,即进行自动制版。光刻质量与光致抗蚀剂种类、光刻工艺及掩膜版质量直接相关。
46超精密切削加工
超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削,主要用于加工软金属材料,如铜、铝等非铁金属及其合金,以及光学玻璃、大理石和碳素纤维等非金属材料,主要加工对象是精度要求很高的镜面零件。目前,超精密切削刀具用的金刚石为大颗粒、无杂质、无缺陷、浅色透明的优质天然单晶金刚石。天然单晶金刚石虽然价值昂贵,但被一致公认为是理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。超精密切削实际能达到的最小切削厚度是与金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等直接有关。
47超精密磨削加工
超精密磨削加工是利用细粒度的磨粒和微粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加工。对于铜、铝及其合金等软金属,用金刚石刀具进行超精密车削是十分有效的;而对于黑色金属、硬脆材料等,用超精密磨削加工在当前是最主要的精密加工手段。超精密磨削可分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式。其中固结磨料加工主要有:超精密砂轮磨削和超硬材料微粉砂轮磨削、超精密砂带磨削、ELID磨削、双端面精密磨削以及电泳磨削等。
48柔性制造技术
柔性制造技术(Flexible Manufacturing Technology-FMT)就是一种主要用于多品种中小批量或变批量生产的制造自动化技术,它是对各种不同形状加工对象进行有效地且适应性转化为成品的各种技术总称。FMT的根本特征即“柔性”,是指制造系统(企业)对系统内部及外部环境的一种适应能力,也是指制造系统能够适应产品变化的能力,可分为瞬时、短期和长期柔性三种。FMT是电子计算机技术在生产过程及其装备上的应用,是将微电子技术、智能化技术与传统加工技术融合在一起,具有先进性、柔性化、自动化、效率高的制造技术,FMT是从机械转换、刀具更换、夹具可调、模具转位等硬件柔性化的基础上发展,已成为自动变换、人机对话转换、智能化任意变化地对不同加工对象实现程序化柔性制造加工的一种崭新技术,是自动化制造系统的基本单元技术。
49 LIGA(光刻电铸)技术
LIGA技术是一种由半导体光刻工艺派生出来的采用光刻方法一次生成三维空间微机械构件的方法。LIGA技术的机理是由深层X射线光刻、电铸成形及塑注成形三个工艺组成。在用LIGA技术进行光刻过程中,一张预先制作的模板上的图形被映射到一层光刻掩膜上,掩膜中被光照部分的性质发生变化,在随后的冲洗过程被熔解,剩余的掩膜即是待生成的微结构的负体,在接下来的电镀成形过程中,从电解液中析出的金属填充到光刻出的空间而形成金属微结构。LIGA技术的主要工艺过程由X光光刻掩膜板的制作、X光深光刻、光刻胶显影、电铸成形、塑模制作、塑膜胶模成形等组成。LIGA技术具有平面内几何图形的任意性、高深度比、高精度小粗糙度、原材料的多元性等突出优点。
50高能束加工技术
高能束(high energy density beam, HEDB)加工技术是利用高能量密度的束流(激光束、电子束、离子束)作为热源,对材料或构件进行加工的先进的特种加工技术。高能束加工技术包括焊接、切割、打孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工等各类工艺方法,并已扩展到新型材料制备领域。高能束加工技术利用高能束热源、高能量密度、可精密控制微焦点和高速扫描的技术特性,实现对材料和构件的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工,具有常规加工方法无可比拟的特点。高能束加工技术正朝着高精度、大功率、高速度及自动控制的方向发展。高能束加工主要包括激光加工、电子束加工、离子束加工。高能速加工方法为实现产品元件的微细加工、精密和超精密加工提供了有利的手段,并在机械工业的某些领域中得到广泛的应用。除应用在焊接、切割、打孔和涂覆加工领域外,高能束加工技术在表面改性、微细加工和新材料制备等技术领域的开拓和应用也方兴未艾
51表面工程技术
表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程,来改变基体表面状态、化学成分、组织结构和应力状态等,使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能,从而达到特定使用要求的一项应用技术。随着电子束、离子束、激光束技术达到实用化并进入材料表面加工技术领域,极大地促进、丰富和发展了表面技术。表面工程具有学科的综合性、手段的多样性、广泛的功能性、潜在的创新性、环境的保护性、很强的实用性和巨大的增效性,可以节约原材料,提高新产品性能,延长产品使用寿命,它不仅用于维修业,还用于制造业,是先进制造技术的重要组成部分,包括表面改性、表面薄膜制备和表面涂层等。专家预言,表面工程技术将成为21世纪主导技术之一。
52表面改性技术
表面改性是指采用某种工艺手段使在零件表面获得与基体的组织结构和性能不同的技术。材料经表面改性处理后,既能发挥基体的力学性能,又能使材料表面获得各种如耐磨、耐腐蚀、耐高温等特殊性能;可以掩盖基体表面的缺陷,延长材料和构件的使用寿命。表面改性对节约稀贵材料、节约能源、改善环境有着重要的作用。金属表面改性技术种类繁多,除了传统的喷丸强化处理、表面淬火、化学热处理等表面改性技术之外,近十年来激光束、电子束、离子束等高能束表面改性处理技术也得到了大量的应用。
53激光表面改性
激光具有高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点,可实现材料表面的快速加热和冷却。在激光加热过程中,其热影响区的范围很窄,几乎不影响周围基体的组织。若将激光作用在金属表面上,控制合适的工艺参数,可显著改善其表面性能,如提高金属表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性等多种性能。目前激光表面改性技术在金属材料中得到大量应用,除表面淬火外,已经应用或正在开发的还有激光表面非晶化、合金化和脉冲硬化等表面改性工艺。
54电子束表面改性
高速运动的电子具有波的性质。当高速电子束照射到金属表面时,电子能深入金属表面一定深度,与基体金属的原子核及电子发生相互作用。电子与原子核的碰撞可看作为弹性碰撞,因此能量传递主要是通过电子束的电子与金属表层电子碰撞而完成的。所传递的能量立即以热能形式传于金属表层原子,从而使被处理金属的表层温度迅速升高。电子束表面处理主要有以下的特点:1加热或冷却速度快。2)与激光处理相比,使用成本低。3)结构简单。4)电子束与金属表面偶合性好。5)电子束是在真空中工作的,可保证在表面处理时工件表面不被氧化,但这也带来许多不便。6)电子束能量的控制比激光束控制方便,通过灯丝电源和加速电压很容易实现准确控制。7)电子束辐射与激光辐射的主要区别在于产生最高温度的位置和最小熔化层的厚度。电子束加热时能量沉积范围较宽,而且约有一半电子作用区几乎同时熔化。电子束加热的液相温度低于激光,因而温度梯度较小,激光加热温度梯度高且能保持较长时间。
55离子注入表面改性
离子注入属于物理气相沉积范围,是将所需物质的离子在电场中加速后高速轰击工件表面,并使之注入工件表面一定深度的真空处理工艺。离子注入将引起材料表层成分和结构发生变化,以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动,因而导致了材料的各种物理、化学和力学性能的变化。离子注入表面改性特征如下:1)采用离子注入法可能获得不同于平衡结构的特殊物质,是开发新型材料的非常独特的方法。2)离子注入温度和注入后的温度可以任意控制,且在真空中进行,不发生氧化,不变形,不产生退火软化现象,表面粗糙度一般无变化,可作为最终处理工艺。3)可控性和重复性好。4)可获得两层或两层以上性能不同的复合材料,复合层不易脱落,注入层薄,工件尺寸基本不变。目前离子注入工艺已应用于许多工业部门,尤其是在工具模具制造业效益突出。
56表面覆层技术
表面覆层技术是指通过应用物理、化学、电学、光学、材料学、机械学等各种工艺手段,用极少量的材料,在产品表面制备一层保护层、强化层或装饰层,达到耐磨、耐蚀、耐(隔)热、抗疲劳、耐辐射、提高产品质量、延长使用寿命的目的。表面覆层技术有许多工艺方法,除电镀、化学镀、电刷镀、热浸镀、涂装、搪瓷涂敷等各种传统的工艺方法之外,近年来还发展如热喷涂、电火花喷敷、气相沉积、塑料粉末涂敷等新工艺技术。
57热喷涂技术
热喷涂技术是采用气体、液体或电弧、等离子、激光等作为热源,使金属、合金、陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及其复合材料加热到熔融或半熔融状态,通过高速气流使其雾化,然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面,从而形成附着牢靠的表面层。热喷涂有很多工艺方法,比较常用的有火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂等。
58火焰喷涂
火焰喷涂的主要工具为氧---乙炔喷枪,借助高速气流将喷涂的粉末吸入火焰区,加热到熔融或高塑性状态后喷射到粗糙的基体表面形成涂层。或将线材或棒材送入氧---乙炔火焰区加热熔化,借助压缩空气使其雾化成颗粒,再喷向粗糙的基体表面形成涂层。火焰喷涂工艺设备简单、成本低、手工操作灵活,可以喷涂各种金属、合金和陶瓷粉末,广泛应用于曲轴、柱塞、轴颈、桥梁、钢结构防护架等;其缺点是喷射速度低、结合强度不高,仅能用于一般场合。
59等离子喷涂
等离子喷涂是利用等离子焰流,将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态,在高速等离子焰流引导下高速撞击基体表面,并沉积在经过粗糙处理的关键表面形成很薄的涂层。等离子焰流温度高达10000℃以上,可喷涂几乎所有固态工程材料,包括各种金属和合金、陶瓷、非金属矿物及复合粉末材料等。等离子焰流速度达到1000 m/s以上,喷出的粉粒速度可达180~600m/s,得到的涂层致密性和结合强度均比火焰喷涂高。等离子喷涂有大气等离子喷涂、可控气氛等离子喷涂和液体稳定等离子喷涂等方法。