微米加工与纳米制造 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《微米加工与纳米制造》是微米/纳米加工技术方面的一本优秀著作，既有一定的理论深度，又有足够的广度，而且还有较高的可读性。它较为系统地梳理了微米加工（特别是非硅基加工）技术以及纳米加工手段，结合微流体、微惯性器件、纳米传感器等方面的典型案例，阐释了这些技术的原理和特点，提出了特定问题的高效率解决方案，给出了工艺设计方面的指南，并对这些技术的发展走向做出了高屋建瓴的判断。

作者简介

　　Mark J Jackson哲学博士，现任美国Purdue大学机械工程专业副教授。他在工程学方面的研究始于1983年，那时他进行了针对O.N.C.Part I考试的学习，而且修完了机械工程专业的头一年的学徒训练课程。在以优异的成绩获得国家普通学位并赢得I.C.I.的奖项后，他在英国Liverpool Polytechnic学院攻读机械与制造工程学位，而且在此期间他先后为I.C.I Pharmaceuticals、Unilever Industries和Anglo Blackwells等公司短期工作。在Jack Schofield教授的指导下，他以“优等”的成绩获得工程硕士学位，随后又在Liverpool获得了材料工程领域的哲学博士学位，专攻玻璃黏结磨削材料的微观结构—特性关系，导师是Benjamin Mills教授。
　　他随后被Unicorn Abrasives公司（Saint—Gobain Abrasives集团）的中心研发实验室录用，担任材料技师，后来又升任技术经理，负责在欧洲的产品开发和新业务的拓展，而且作为与大学间的联络官，负责与磨削工艺开发相关的项目管理。后来，Jackson博士成为英国剑桥大学Cavendish实验室的研究员，与John Field教授，一起对金刚石的冲击断裂和摩擦学开展研究，并于1998年成为Liverpool大学的工程学方面的讲师。
　　在Liverpool大学，Jackson博士开展了运用机械刀具、激光光束和磨粒进行微机械加工的研究。在Liverpool，他争取到一系列研究项目资助，凭借所开发具有革新性的工艺流程，他于2001年11月与他人一道被英国工程与物理科学研究委员会委任为一所“创新制造技术中心”的管理者。2002年，他成为美国田纳西科技大学（系美国Oak Ridge国家实验室的联系大学）的制造研究中心和电力研究中心的机械工程副教授和教授团助理以及Oak Ridge国家实验室的教授团助理。Jackson博士同时是美国田纳西科技大学的高校方程式大赛团队的学术指导。
　　2004年，他转任美国Purdue大学机械工程技术系的机械工程副教授。Jackson博士在微米尺度金属切削领域的材料特性、微/纳米磨削机械加工和激光微机械加工等研究领域十分活跃。他还从事了新一代制造工艺和生物医学工程技术的开发。
　　Jackson博士已经主持、共同主持和管理了如下组织、机构资助的项目：英国工程和物理科学研究委员会，英国伦敦皇家学会，英国皇家工程院，欧盟、英国国防部（伦敦），英国原子武器研究所，美国国家自然科学基金会，美国NASA，美国能源部（通过美国Oak Ridge 国家实验室），位于田纳西州Oak Ridge的Y12国家安全联合体，以及多家产业公司。获得研究经费总额超过1千万美元。Jackson 博士组织了多次会议，目前担任国际表面工程大会的主席。他撰写和共同撰写了超过150篇出版物，发表于各存档学报和同行评审的会议论文集中，他还担任一系列同行评审学报的客座编辑。他还是近新成立的International Journal of Nanomanufacturing的总编。

目录

译者序
译者简介
译丛序
原书序
原书主编简介
撰稿人
第1章微米和纳米加工
1.1前言
1.2微米加工
1.3纳米加工
1.3.1基于软刻印的纳米加工
1.3.2采用操纵技术的纳米加工
1.3.3采用碳纳米材料的纳米加工
1.4结论
参考文献
第2章采用X射线光刻的微米加工
2.1前言
2.2X射线光刻技术
2.3同步加速器辐射
2.3.1一般特性
2.3.2光谱特性
2.3.3光谱的辉度和亮度
2.4微米加工
2.4.1概述
2.4.2LIGA工艺
2.4.3光刻步骤
2.4.4X射线光刻
2.4.5X射线掩膜
2.4.6掩膜材料
2.4.7单吸收层制造
2.4.8衬底中X射线掩膜的对准
2.4.9大高宽比微光刻技术的掩膜
2.4.10光刻胶衬底的选择
2.4.11对光刻胶的要求
2.4.12光刻胶涂覆方法
2.4.13曝光
2.4.14台阶状和倾斜型的微结构
2.4.15微主模具制造方法
2.5展望
参考文献
第3章高纵横比微结构的刻蚀、加工和模铸
3.1前言
3.2干法刻蚀
3.3等离子刻蚀加工
3.4离子束辅助自由基刻蚀
3.5等离子体特性
3.5.1鞘区
3.5.2边界区域
3.6微结构的刻蚀
3.6.1刻蚀现象
3.6.2沟槽内的抑制剂的耗尽
3.6.3沟槽内的自由基的耗尽
3.6.4体积输运
3.7刻蚀的中断机制
3.8刻蚀效应
3.8.1倾斜效应
3.8.2弓形化效应
3.8.3瓶状效应（Bottling）
3.8.4TADTOP
3.8.5离子造成的刻蚀延迟效应
3.8.6由于自由基耗尽或反射造成的刻蚀延迟效应
3.8.7微草效应
3.9高深宽比微米结构的微机械加工
3.10微模塑
3.11微模塑加工
3.11.1注塑成型
3.11.2反应注塑成型
3.11.3热压印
3.11.4注塑压缩成型
3.12微模塑工具
3.13微模塑成型的设计
3.14微模塑应用
3.15微模塑的局限性
3.16结论
参考文献
第4章微机械加工中的尺寸效应
4.1前言
4.2机械加工的尺寸效应
4.3剪切角的预测
4.4大应变情况下的塑性行为
4.4.1Langford和Cohen的模型
4.4.2Walker和Shaw的模型
4.4.3Usui的模型
4.4.4硬车削中的锯齿切屑形成
4.4.5金属切屑形成中的类流体流动
4.4.6Kececioglu模型
4.4.7Zhang和Bagchi的模型
4.5大塑性流动机制
4.6不均匀应变
4.7尺寸效应的起源
参考文献
第5章机械微加工
5.1前言
5.2微流体系统
5.3微机械加工理论
5.3.1微铣削技术
5.3.2切屑初始卷曲建模
5.4微机械加工实验
5.4.1微机械加工装置
5.4.2切屑形成过程的观察
5.4.3微机械加工的结果
5.5微机械加工的刀具设计
5.6高速空气涡轮主轴
5.6.1流体流动分析
5.6.2CFD方法中的假设
5.6.3CFD几何学模型
5.6.4流体模型
5.6.5边界条件
5.6.6支配方程
5.6.7求解办法
5.7高速转子的机械设计
5.7.1转子的基本几何结构
5.7.2带圆角曲面的转子
5.7.3带70°叶片尖角的转子
5.7.4带90°叶片尖角的转轴
5.7.5带有12个叶片的转子
5.7.6带斜入口的外壳
5.7.7带有三个入口和三个出口的外壳
5.7.8双级转子
5.7.9双级转子的流型拓扑
5.7.10双级转子的压力变化
5.7.11转子上有三个倾斜角为45°的入口时的流线拓扑
5.7.12转子上有三个倾斜角为45°的入口时的压力变化
5.7.13所有几何体的压力系数
5.8讨论
5.9结论
5.10未来发展方向
参考文献
第6章精密微纳米磨削
6.1前言
6.2磨削砂轮
6.2.1黏结材料
6.2.2磨料类型
6.2.3磨料粒度
6.2.4分级
6.2.5结构
6.2.6浓度
6.2.7砂轮的设计和选择
6.2.8磨头
6.3常规磨削
6.4精密磨削工艺
6.4.1将加工中心升级至IC芯片制造用坐标磨床
6.4.2找到临界切削深度的新实验方法
6.4.3带在线电解修整（ELID）的精密磨削
6.4.4可减少抛光时间的部分延性模式磨削
6.4.5非球面曲面的生成
6.5超精密磨削
6.5.1各种超精密机床及其发展概况
6.5.2四面体台式机床（Jackson型号）［91］
6.5.3无黏结剂砂轮
6.5.4自由曲面光学器件
6.6结论
参考文献
第7章面向微刀具、NEMS和MEMS应用的金刚石CVD技术
7.1前言
7.2金刚石的属性
7.3历史沿革
7.3.1金刚石合成的早期历史
7.3.2当今的亚稳态金刚石的生长
7.4CVD技术的发展
7.5金刚石CVD工艺的类型
7.5.1等离子体增强CVD
7.5.2射频等离子体增强CVD
7.5.3直流等离子体增强CVD
7.5.4微波等离子体增强CVD
7.5.5热灯丝CVD（HFCVD）
7.5.6CVD工艺的优点
7.5.7CVD工艺的缺点
7.6衬底
7.6.1衬底材料的选择
7.6.2衬底预处理
7.6.3对钼/硅衬底的预处理
7.6.4对硬质合金衬底的预处理
7.7改进的HFCVD工艺
7.7.1热灯丝组件的改进
7.7.2工艺条件
7.8金刚石的成核和生长
7.8.1成核阶段
7.8.2同质外延生长
7.8.3异质外延生长
7.8.4偏压增强型成核（BEN）
7.8.5温度的影响
7.9金刚石在三维衬底上的淀积
7.9.1在金属（钼）丝上的金刚石淀积
7.9.2在WC�睠O（硬质合金）微型钻头上的淀积
7.9.3在碳化钨（WC�睠o）牙钻上的金刚石淀积
7.10性能研究
7.10.1涂有金刚石的微型钻头的性能
7.10.2涂有金刚石的牙钻的性能
7.11结论
参考文献
第8章基于激光的微纳米加工
8.1前言
8.2激光的基本原理
8.2.1单色光束的产生
8.2.2受激发射
8.2.3二极管激光器
8.2.4准分子激光器
8.2.5钛:蓝宝石激光器
8.3光束特性
8.4激光光学
8.4.1光学品质
8.4.2激光—材料的相互作用
8.5激光微米加工
8.5.1纳秒脉冲微米加工
8.5.2保护气体
8.5.3表面熔化的阶段划分
8.5.4纳秒脉冲微米加工的效果
8.5.5皮秒脉冲微米加工
8.5.6飞秒脉冲微米加工
8.6激光纳米加工技术
8.7结论
参考文献
第9章脉冲水滴微机械加工
9.1前言
9.2脉冲液体冲击原理
9.3水滴的冲击作用
9.3.1圆周损伤
9.3.2横向射流
9.4加工阈值的建模
9.4.1加工阈值模型
9.4.2准静态应力强度
9.4.3动态应力强度因子
9.4.4冲击加工的仿真
9.4.5加工阈值曲线
9.5结果比较
9.5.1硅
9.5.2氧化铝
9.5.3氟化镁
9.6材料去除速率
9.7水加工机床设计
9.8空间框架分析
9.8.1有限元模型
9.8.2闭式解模型
9.9四面体结构的振型
9.9.1试验方法
9.9.2试验步骤
9.9.3试验分析
9.10总结
参考文献
第10章金刚石纳米磨削
10.1前言
10.2压电纳米磨削
10.3纳米磨削磨粒的受力分析
10.4以磨粒断裂为主的磨损模型
10.5纳米磨削
10.5.1纳米磨削装置
10.5.2纳米磨削工序
10.5.3应力分析
10.6多孔纳米磨削刀具
10.6.1黏结桥中石英溶解模型
10.6.2纳米磨削砂轮中黏结桥的制备
10.6.3黏结剂体系的X射线衍射分析
10.7难熔型黏结体系的验证及其与石英溶解模型的比较
10.8易熔型黏结体系的验证及其与石英溶解模型的比较
10.9纳米磨削刀具的激光修整
10.10未来发展方向
参数命名表
参考文献
第11章纳米机械加工的原理、方法和实现
11.1前言
11.2纳米机械加工及其应用前景
11.3纳米机械加工的理论基础
11.3.1切削力和切削能量
11.3.2切削温度
11.3.3切屑形成和表面生成
11.3.4最小未变形切屑厚度
11.3.5临界切削刃半径
11.3.6工件材料特性
11.3.7纳米机械加工与常规机械加工的比较
11.4纳米机械加工的实现
11.4.1超精密机床
11.4.2切削刀具
11.4.3纳米测量
11.4.4加工过程变量
11.4.5实用化纳米尺度加工（车削、铣削和磨削）
11.5结论
标号和符号
参考文献
第12章纳米晶态金刚石的淀积途径与应用
12.1前言
12.2纳米晶态金刚石
12.2.1为什么是Nano？
12.2.2淀积途径
12.2.3时间调制式的CVD
12.3应用
12.3.1心脏瓣膜
12.3.2牙钻
12.3.3髋关节假体
12.3.4微流体装置
12.4小结
致谢
参考文献
第13章微纳米技术的商业化问题
13.1前言
13.2商业化问题
13.2.1一般性问题
13.2.2产品—市场的接口
13.3商业化所需的基础设施
13.4供应链网络
13.5产品制造
13.6制造中心
13.7微纳米技术的市场
参考文献
第14章微米纳米制造的未来
14.1前言
14.2微米制造
14.2.1电镀
14.2.2模铸
14.2.3模塑
14.2.4机械加工
14.2.5微米制造未来的发展
14.3纳米制造
14.3.1半导体制造
14.3.2软刻印制造
14.3.3纳米模塑制造
14.3.4纳米压印刻印技术
14.3.5刻印诱导自组装
14.3.6蘸水笔纳米制造
14.4未来的发展
参考文献

前言/序言

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