8月29日，全球發行期刊“International Journal of Extreme Manufacturing”（極限制造）在線發表了由天津大學機械工程學院先進材料與高性能制造團隊的最新成果——氮化鋁、氮化硅陶瓷半導體設備耗材高精度加工基礎與應用研究方面取得新突破，該團隊自主研發出主軸微納調控超精密制造系統，為硬脆材料高精度低損傷加工提供了重要的技術支撐。

論文通訊作者，研究團隊負責人隋天一副教授/博導介紹，由于其材料特性，硬脆材料在精密加工過程中極易引入表面/亞表面損傷，進而影響精密部件使役性能及壽命。以氮化硅、氮化鋁陶瓷為代表的硬脆材料高超精密部件廣泛應用于半導體行業中晶圓的氧化、刻蝕、離子注入等各種工藝制程中，是制造門檻極高的一類重要器件，成為限制我國半導體產業發展的關鍵技術之一，其復雜結構陶瓷構件超精密制造涉及的大量科學問題和關鍵制造技術亟待解決和突破。

主軸調制機構設計與優化。（a）2自由度旋轉平臺設計原理。（b）2自由度旋轉平臺結構設計。（c）2自由度旋轉平臺優化與分析。

本次科研團隊提出了一種提高表面光潔度的主軸精度調整方法。以銑削過程為例，利用多體運動學理論識別加工過程中的敏感誤差。設計、優化與制作了二自由度轉動平臺（編者注：這是一種可以在兩個獨立軸上進行旋轉運動的機械平臺，通常用于精密定位和控制應用，比如這種平臺能夠在兩個不同的方向上進行旋轉或傾斜，從而實現復雜的角度調整）。基于彈性梁理論建立平臺靜力學模型，并通過有限元分析對其進行驗證（編者注：可以幫助分析平臺在外力作用下的變形和應力分布）。采用響應面法結合Pareto前沿優化對結構參數進行優化。

實驗結果表明，主軸轉速、電壓幅值、振動頻率、切削深度、進給速度對平臺調制性能的影響。靜態調制實驗表明，主軸與導軌之間的垂直度誤差可由92.5μrad降至0.25μrad。最后銑削試驗表明，主軸調校后表面質量可提高37.6%。

研究方法以嚴謹的理論分析為基礎，結合了創新性的設計和優化策略，最終通過實驗和數值驗證確保結果的可靠性。這種系統的研究方法具有重要的學術價值和實際應用前景。

編譯整理 YUXI