砂石生产线价格热线
砂石料生产线之反击式破碎机

人类高精尖技术发展状况及趋势一览


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1.通用类高制造技术

  ① 机器人技术

  机器人的应用将不仅是在生产领域,在服务领域应用也前景广阔。华盛顿大学 新的一项预测报告预测未来十年的十大科技之一是"精灵机械人",在2010年以前,能作决定的精灵机械人将会上市。它们不仅在工厂执行更复杂的生产工作,也可协助残障人士处理日常生活。机器人技术发展的重要方向是人工智能和感知,开展采用人造"肌肉"材料的研究,通过改善数据处理速度和软件,使机器人可以用作向导机器人和接待员。

  ② 传感器技术

  传感技术同计算机技术与通信技术一起构成信息技术的三大支柱。今天的传感器己应用于越来越多的领域。从仿生学观点分析,计算机是处理和识别信息"大脑",通信系统是传递信息的"神经系统",而传感器则是"感觉器官"。传感器正在向无处不在、无所不能的方向迅速发展。

  ③ LIGA工艺--软X射线深层光刻电铸成形技术

  LIGA技术既可用于芯片制造,也可在微制造中得到广泛应用。

  ④ 微器件制造技术

  ∥⒒缦低矼EMS将能感知和作出移动、调节、定位、控制环境的反应。典型的MEMS微器件有微型执行器(如微型电机)、微开关、微谐振器、微阀、微泵和微型涡轮发动机等。MEMS已广泛应用于汽车、医疗和环境领域,正在扩大应用于通信、结构工程和过程自动化,而正在开拓的应用领域是家用/安全、化学/配药和食品加工。

  ⑤ 纳米材料应用技术

  在制造技术上未来纳米材料的应用非常广阔。如在基体上电沉积薄金属层(100μm以下)可以改善表面性能。用于汽车发动机、液压活塞、飞机起落架零件、汽车减震器,可代替六价铬和镉电镀。以纳米晶镍为基体,只需较薄的镀金层,可以用在电触头上。纳米材料带来的机械和理化性能的变化将使机械设计和制造产生一次又一次的革命。

  ⑥ 体现在未来轿车中的新型制造技术

  新一代轿车技术的重点项目中的燃料电池、高效低排发动机、铝镁轻质材料制造、混合动力系统、新型蓄电池、排放控制等,都与制造技术紧密相连。轿车领域的高制造技术还体现在先进安全车(ASV)技术、安全预防技术(防困警报、轮胎气压警报、视觉增强系统、夜间目标检测与警报、汽车导行系统)、事故避免技术(车距警报、碰撞自动检测与防护、转弯减速调节、冲击吸能、乘员保护系统等),以及安全气囊、马达控制、燃料电池发动机等技术中。

  ⑦ 精密化工过程技术

  特别是萃取,分离、破碎、膜技术,以及(高分子材料的)挤出技术、新型粉末冶金技术和相应的装备设计制造技术等将取得广泛的应用。

  2.特定高制造技术

  ① 以光刻技术为核心的集成电路前段制造技术

  包括晶片和集成电路生产系统的主要制造技术,如:硅、锗、砷化镓的原子沉积(ALD),化学气相沉积(CVD),物理气相沉积(PVD),外延和多晶沉积,快速热处理(RTP),等离子刻蚀,电化学镀(ECP),离子植人,特定的测量,检验技术,晶片清洗,掩模生产技术等。

  ② 以芯片封装为代表的集成电路后段生产技术

  微电子、光电子元件制造所需要的封装技术的核心在于高精度和高效率的同时实现。须要解决诸如胶液非牛顿流体流动、高精度实时成形控制、微传热温度场控制、高速定位下的高精度和高可靠性等技术问题。

  ③ 以CMP为代表的磁头、磁盘、晶片的纳米级精密加工技术

  对于 小特征尺寸0.35μm以下的芯片,必须采用机械磨削和化学腐蚀的组合,即CMP (化学/机械抛光)进行全局平面化。对高储存密度的计算机硬盘,要解决相应的摩擦磨损和润滑、表面超精加工、高精度旋转稳定、微间隙空气动力学等问题。

  ④ 光子和光力器件精密制造技术

  光子技术与光力技术的发展需要特定的光子和光力器件精密制造技术。例如,指向未来能量供应的光力技术的基础在于开发制造光能发生用的大功率激光器件及光力站、光能传送用的大功率光纤光缆、光能变换控制用的光能变换器件、控制器件以及光能接插器件、开关器件和光刀、光针等。

  ⑤ 以等离子增强化学气相沉积为代表的新一代平面显示屏的关键生产技术

  ⑥ 以扫描隧道显微镜为代表的分子级量测和制造技术

  ⑦ 纳米级自复制自组装制造技术

  ⑧ 用于DNA、基因、药物等生物工程的特种精密器械设计制造技术

  三、微纳制造是制造业融入高技术的切入点

  1.制造技术前沿逐渐转向细小精微

  由尺度上的长、大和重来构成制造业主要奋斗目标的历史阶段正在或已经逐渐将前沿锁定在尺度上的微、小和精细的新阶段。小,蕴含着物质结构的科学规律,小,体现了不断加深的科学技术含量,小,决定着已有产品的升级和革命性新产品的诞生。所谓"小的是美妙的",从一个侧面反映了理解未来科技重心的新理念。

  2.微纳制造支撑高技术发展

  高技术提升制造业的集中体现是信息技术的应用,而制造业对高技术发展的支撑将越来越体现在微纳制造。

  高技术发展中许多制造概念只有在微观尺度上才变得可能。如分子制造和纳米生长。

  信息技术的进超佳发展、生物技术的工程应用、海洋工程、航空航天、军事国防、生活消费和健康娱乐,处处都需要微纳制造。

  3.大和小的辩证法

  从重大精尖转向细小精微,指的是制造技术前沿的转化,难点的转移。从物理角度看,产品的大型化依然是重要发展方向之一,而从内涵看,则机械产品(包括大型产品)的关键和核心越来越体现在所谓的微小技术(Small-Tech)上,体现为专用芯片、控制器件、微传感器、智能控制、新型材料等,有时大型设备的技术竞争往往 终归结到核心器件的竞争,这样的情景在彩电(芯片组)、影碟机(解码器)、精密机床(数控系统)已经表现得十分明显。

  反过来看,微小技术的进展往往是通过重大来体现的。技术发展的辩证法在人类进入二十一世纪前后逐渐形成这样的规律:人们活动在公尺级的环境中,而决定生活质量、影响生产水平的基础和根源则蕴涵在微纳尺度领域。

  制造业要与此相适应,就必须有清醒的认识,在生产制造公尺级机械产品的同时,把改进生产方式和不断提高产品水平的未来寄托在微小技术上,用"微小技术"发展"重大产品",这也是微纳制造成为制造业融入高技术的桥梁和切入点的重要原因。

  基于这样的理解,就很容易接受下述论断:

  * 小是对大的补充、升级、提高和深化。

  * 不少制造产品的体积可能很大很重,而其精华浓集于微、关键体现在小。

  * 制造业未来的核心技术、难点、高增值潜力越来越多地寓于微小之中。

  * 大和小是相辅相成的组合,高大精尖和细小精微在精密取向上汇合,而解决精的问题 终要依靠微小技术。

  4.攻克微纳制造是制造技术的历史性升级

  适应新技术发展动向,多数着眼长远的未来型企业不仅要瞄准"重"的和"大"的工作对象,还要努力在微尺度上研究开发相应的微机械制造技术,设计制造相应的微机械设备和器件,并应用到"重"的和"大"的产品上。从未来趋势看,机械工程的新对象会有更多的细小精微,机械工程和机械制造业的目标将是既有重大精尖,更有细小精微。针对一个阶段以来制造业困惑于"夕阳产业"和"传统产业"的议论,因而无力重视满足高技术需求的倾向,近期内更有必要振奋精神,主动重新定位,不但做"大的",还要攻下"小的",把大和小结合起来,集成融合,使制造技术在未来的二十年中实现历史性的升级和飞跃。

  四、发展高制造技术的趋势和特征

  基于制造业迈向高技术的根本方向,有一些重大趋势正在迅速成为现实。要自觉地适应和推进这种发展潮流,必须从一些科学预测中敏锐地吸取其基本思想,并加以运用。

  1. 若干代表性趋势

  ① 微加工成为通常制造技术

  制造业的常规性尺度将由微米级精度下移一两个数量级,亚微米及纳米级制造及测量成为制造科技和制造工艺的主流。

  ② 光制造技术广泛应用

  光加工、光化学加工、光电加工变得如此重要,制造技术变得如此离不开光科学,以至不了解光学基本知识的工程师与不懂电气基础知识同样地不可思议。

  ③ 生长型制造的比重迅速提高

  特别是在微制造领域,"从下而上"的制造和生长/去除("从下而上"+"从上而下")复合型制造将成为主要制造方式。

  ④ 生物工程成为制造技术的重要组成部分

  生物加工和为生物技术提供仪器设备成为制造业的重要组成部分,对生物体、柔性体的处置加工成为与加工金属体和刚性体同样普遍的制造方式。

  ⑤ 机电一体化实现高技术化升级

  机电一体化产品五要素(结构、运动、检测、控制、驱动)在信息技术的催化下,实现充分的融合和集成,机械产品自此真正成为智能化的使用对象。

  ⑥ 制造技术与材料技术更加密不可分

  特别是纳米材料的应用使制造业产生革命性的巨变,无论是产品设计还是制造过程,都因此产生根本性的改变,材料技术进展给制造技术带来的革新提升作用无处不在。

  ⑦ 实验装备制造成为重要的新兴行业

  对于芯片制造、科学仪器、医疗器械、生物工程设备等,从实验生产到规模生产、从试验装置到量产设备的界线逐渐消失。

  ⑧ 传统机械制造方式与化工制造方式进超佳融合

  精密化工过程,如超级粉碎、超净过滤、 分离、受控和智能化传质传热、吸收萃取、搅拌反应等与机械制造过程相互渗透,在医药工业、生物工程、农业工程方面尤其是这样。

  ⑨ 可控和复合表面工程技术成为广泛应用的精密制造技术

  在微尺度上对表面力学、表面物理、表面化学、薄膜性能的研究将创造出性能更好体积更小的微电子和光子元器件,而在宏观尺度上,可控和复合表面技术将使非连续性及非均一性结构材料的应用大大拓宽机械设计的可能性。

  ⑩ 尺度效应成为机械制造科学领域必须考虑的因素

  在宏观领域作用微小的力和现象,在微观领域起着不可忽略的重要作用。微机械学成为机械科学不可分割的组成部分;机械工程研究的领域迅速扩展到微运动学、微结构学、微动力学、微摩擦学、微流体力学等。



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