8月29日，全球发行期刊“International Journal of Extreme Manufacturing”（极限制造）在线发表了由天津大学机械工程学院先进材料与高性能制造团队的最新成果——氮化铝、氮化硅陶瓷半导体设备耗材高精度加工基础与应用研究方面取得新突破，该团队自主研发出主轴微纳调控超精密制造系统，为硬脆材料高精度低损伤加工提供了重要的技术支撑。

论文通讯作者，研究团队负责人隋天一副教授/博导介绍，由于其材料特性，硬脆材料在精密加工过程中极易引入表面/亚表面损伤，进而影响精密部件使役性能及寿命。以氮化硅、氮化铝陶瓷为代表的硬脆材料高超精密部件广泛应用于半导体行业中晶圆的氧化、刻蚀、离子注入等各种工艺制程中，是制造门槛极高的一类重要器件，成为限制我国半导体产业发展的关键技术之一，其复杂结构陶瓷构件超精密制造涉及的大量科学问题和关键制造技术亟待解决和突破。

主轴调制机构设计与优化。（a）2自由度旋转平台设计原理。（b）2自由度旋转平台结构设计。（c）2自由度旋转平台优化与分析。

本次科研团队提出了一种提高表面光洁度的主轴精度调整方法。以铣削过程为例，利用多体运动学理论识别加工过程中的敏感误差。设计、优化与制作了二自由度转动平台（编者注：这是一种可以在两个独立轴上进行旋转运动的机械平台，通常用于精密定位和控制应用，比如这种平台能够在两个不同的方向上进行旋转或倾斜，从而实现复杂的角度调整）。基于弹性梁理论建立平台静力学模型，并通过有限元分析对其进行验证（编者注：可以帮助分析平台在外力作用下的变形和应力分布）。采用响应面法结合Pareto前沿优化对结构参数进行优化。

实验结果表明，主轴转速、电压幅值、振动频率、切削深度、进给速度对平台调制性能的影响。静态调制实验表明，主轴与导轨之间的垂直度误差可由92.5μrad降至0.25μrad。最后铣削试验表明，主轴调校后表面质量可提高37.6%。

研究方法以严谨的理论分析为基础，结合了创新性的设计和优化策略，最终通过实验和数值验证确保结果的可靠性。这种系统的研究方法具有重要的学术价值和实际应用前景。

编译整理 YUXI