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

關鍵詞：納米技術；微制造技術；激光加工技術

1.引言

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

2.納米技術

納米技術通常指納米級的材料、設計、制造、測量和控制技術。納米技術涉及機械、電子、材料、物理、化學、生物、醫(yī)學等多個領域。納米技術和納米制造技術是21 世紀的重要前沿領域，它將使人們在生產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，表面納米結構的制備，以及三維納米結構/ 器件的制造等。體積更小、功能更強、效率更高、耗材更少、能耗更低的器件和產品是工業(yè)界不斷追求的目標。特別是隨著制造技術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。

納米制造技術涉及超精密加工技術、精密測量、傳感和控制技術，其中納米級加工技術是其核心，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到1nm。目前，加工中心的定位精度約為2μm，坐標磨床的定位精度約為1μm; 對于IC 圖形制作設備，它的校準和曝光機定位精度約為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，其加工技術包括:超精密機械加工、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，能夠實現(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。在光學納米干涉測量方法中廣泛采用光學倍程技術、干涉條紋電子細分技術和電子倍頻技術，這些技術的應用在很大程度上提高了光學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，在納米測量技術中，環(huán)境溫度的不穩(wěn)定性、儀器本身的溫度差異、振動及外界機械干擾都會對測量結果產生重大影響，還需要克服器件制造及安裝技術造成的誤差環(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

激光加工技術是一種高度柔性和智能化的先進加工技術，被譽為“未來的萬能加工工具”、“制造技術的共同加工手段”。近年來，由于激光光源性能的提高(如準分子激光和飛秒激光)，微細激光加工技術得到了迅速發(fā)展，被廣泛應用于各種金屬、陶瓷、玻璃及半導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部熔化實現(xiàn)焊接。近年來，激光焊接技術不僅廣泛應用于碳鋼及普通合金鋼、不銹鋼等，而且在鋁合金、鎂合金等輕質材料的焊接方面取得了重大突破，為汽車、飛機等結構整體化、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反應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，達到沸點后材料開始氣化，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行焊接。