你以爲的“中國製造”，其實只看到了冰山一角......
當你指尖劃過手機屏幕，刷着高清視頻、聊着社交軟件時，或許從未想過：手中這部輕薄設備的核心——芯片，竟是人類在“頭髮絲”上搭建的超級城市。一根普通頭髮絲的直徑約 0.1 毫米，而最新手機芯片中的晶體管，尺寸已縮小到 2 納米——相當於把千萬棟建築壓縮到比塵埃還小的空間裏，卻能承載海量信息的高速流轉。
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這種突破物理極限、挑戰尺度邊界的創造，正是“極端製造”的生動寫照。它藏在深空探測器的核心部件裏，躲在醫療設備的精密探針中，融入新能源汽車的電池組內，早已成爲人類探索宇宙、改造世界、改善生活的關鍵手段。
今天，我們就來揭開極端製造的神祕面紗。
什麼是極端製造？
2003 年，我國中南大學鍾掘院士在全球首次提出“極端製造”理念。簡單說，它就是在極端條件或環境下，用先進技術和高端裝備，製造“極致規格”產品的製造方式——要麼是尺度極微或極大，要麼是精度極高，要麼是能在極端環境下穩定工作，甚至能創造極端物理條件的科學裝置。
極端製造打破了傳統制造的物理約束和技術瓶頸，融合機械、材料、物理、光學等多學科優勢，朝着“尺度、精度、環境、性能”四大極限衝鋒。我們可從兩個核心維度直觀理解：
1.尺度極限：極小與極大的“兩極穿越”
極端製造的尺度跨越堪稱“天壤之別”，一端是肉眼不可見的微納世界，另一端是震撼人心的巨型裝備。
極小尺度製造（微納製造）：瞄準微米（10⁻⁶米）、納米（10⁻⁹米）級超精密加工，如芯片晶體管陣列、醫用納米機器人、手機微型傳感器等，其對精度要求極高，差之毫釐便全盤失效。
極大尺度製造：聚焦超大型、超重型裝備及系統，如全長 36 千米的北京正負電子對撞機（相當於 40 個標準足球場）、排水量 110 萬噸的超大型油輪（約等於 10 艘航空母艦）、跨度超千米的跨海大橋鋼箱梁等。這類製造需突破材料強度、裝配精度、運輸難題等多重考驗，堪稱“工業巨無霸”的鍛造術。
港珠澳大橋丨圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛
2.環境極限：極端條件下的“生存挑戰”
部分產品需在極端環境中工作，其製造過程本身就是一場“極限挑戰”：耐極端溫度方面，如抵禦-196℃ 超低溫的航天燃料儲箱（接近液氮溫度）、承受 5000℃ 高溫的火箭發動機噴管（堪比太陽表面溫度的三分之一）等；耐極端壓力方面，如可在深海 10000 米（相當於 1100 個大氣壓）工作的探測器外殼，以及在太空超高真空環境中運行的衛星部件。這些產品的製造，必須攻克特殊材料和工藝難關，確保在極端環境下穩定工作。
極端製造到底難在哪裏？
極端製造的“難”，遠超常規制造的想象邊界。核心難點在於：進入極端尺度或環境後，材料和構件的物理性能會出現“反常現象”，甚至違背常規物理規律，這就要求科研人員重新探索新原理、新方法。
1.極小尺度：擺脫宏觀規律的“微觀迷宮”
當加工對象縮小到納米級別，宏觀世界的“連續性”被打破，量子效應、分子間作用力開始主導物質行爲，傳統加工方式完全失效。例如製造納米碳管晶體管，需將直徑僅 1-2 納米（比頭髮絲細 5 萬倍）、長度達微米級的碳納米管，精準排列在芯片基底上，排列間距誤差不能超過 5 納米，堪比在足球場裏精準擺放幾百根細針，且需避免相互碰撞，任何微小擾動或雜質都可能導致結構報廢。更難的是操作控制，用原子力顯微鏡“搬運”原子時，需將探針與原子的作用力控制在“皮牛級”（相當於用頭髮絲撬動塵埃），稍有不慎便會破壞原子結構。
2.極大尺度：整合與控制的“系統工程”
極大尺度製造的難點，在於將數百萬個精密部件組裝成超大型裝備並保證整體性能達標。以我國長征五號運載火箭爲例，其全長 57 米、直徑 5 米（相當於 20 層樓高），核心難點集中在超大部件加工和高精度裝配：加工環節，直徑 5 米、長度數十米的鋁合金貯箱壁厚僅幾毫米，需用專用模具和分步工藝避免應力變形；裝配環節，芯級與助推器對接、發動機與箭體連接的精度要求達毫米級（相當於 20 層樓高建築對接零件誤差不超過牙籤粗細），否則將直接影響飛行姿態
長征 5 號遙2火箭丨wikipedia / 篁竹水聲
3.極高精度：複雜環境中的“精準狙擊”
極高精度製造對環境要求近乎苛刻，溫度、溼度、振動、氣壓、塵埃等都可能影響精度。以 EUV 光刻機核心透鏡製造爲例，加工必須在“超潔淨室”進行：空氣中塵埃顆粒直徑不能超過 0.1 納米（比原子還小），環境溫度需穩定在±0.01℃，0.1℃ 的波動就可能導致透鏡曲率變化。
更棘手的是誤差累積效應，航空發動機渦輪葉片製造需經數十道工序，每道工序誤差需控制在 0.1 微米以內（頭髮絲直徑的千分之一），但微小誤差會不斷累積，需建立全流程誤差補償系統，實時監測並通過算法調整參數，這對傳感器技術、數據處理能力和工藝建模能力要求極高。
4.極端環境：材料性能的“極限考驗”
極端溫壓環境下，材料性能會急劇變化，給加工帶來巨大挑戰：極端高溫（3000℃ 以上）時，多數金屬會熔化氧化，如火箭發動機噴管需兼具耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等特性；極端低溫（-200℃ 以下）時，材料會變得脆如玻璃，如南極科考站鋼結構加工需用專用焊材控制焊縫冷卻速度；極高壓/超真空環境下，深海探測器耐壓殼需承受 1.1 萬米深海的 1100 個大氣壓，無任何縫隙；衛星太陽能電池板加工需在超高真空環境中進行，避免表面雜質揮發污染部件，設備成本和技術難度極高。
長征系列火箭的發動機之一丨wikipedia / Shujianyang
中國爲什麼高度重視極端製造？
中國對極端製造的重視，既是應對全球科技競爭的必然選擇，也是推動產業升級、改善民生的現實需求。
1.國家戰略：守住安全底線的“核心支撐”
航空航天、航海、國防等領域的高端裝備，均離不開極端製造支撐。我國嫦娥系列登月飛船、中國空間站、大型航空母艦、450 千米/時的高鐵、“蛟龍號”載人深潛器、8 萬噸模鍛壓機、光刻機與微電子芯片等重大裝備的面世，背後都是極端製造技術的突破。
在國防領域，先進武器的隱身性能、打擊精度等方面也依賴極端製造的精密加工；沒有自主可控的極端製造技術，國家主權和安全就缺少關鍵保障。可以說，極端製造是國家科技實力的“硬核名片”，更是守住安全底線的“壓艙石”。
2.產業升級：打破技術封鎖的“破局鑰匙”
當前，我國在芯片、高端醫療設備、光刻機等領域面臨國外技術封鎖，而這些領域的核心正是極端製造。例如製造先進製程芯片需 EUV 光刻機，其包含數十萬個精密部件，涉及超精密光學、超高真空等極端技術，突破這些技術就能打破壟斷，助力我國半導體產業自主發展；在新能源汽車電池領域，通過極端製造優化材料結構，可提升能量密度和散熱性能，推動產業高質量發展。極端製造的突破，能帶動新材料、新工藝、新裝備全面升級，推動我國製造業從“大而強”向“精而尖”跨越，擺脫對國外技術的依賴。同時也能引領科學探索，贏得全球科技競爭。
3.民生福祉：提升生活品質的“幸福密碼”
極端製造看似遙遠，實則早已融入日常生活，悄悄提升民生福祉：醫療領域，微型手術機器人可深入人體器官精準切除病竈，減少創傷和恢復期；交通領域，高鐵軸承通過極端製造保證超高耐磨性，保障出行安全快捷；環保領域，超大型風電葉片、高效光伏組件等的極端製造，提升新能源利用效率，降低電價、改善環境；在日常用品方面，手機芯片微型化、家電高精度部件等，都離不開極端製造，讓生活更智能便捷。
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從微觀的納米芯片到宏觀的航空母艦，從深海的探測器到太空的空間站，極端製造的本質，是人類對“極限”的不斷挑戰。未來，隨着更多極端製造技術的突破，我們或許能看到“納米機器人治病”“超大型太陽能電站”等更神奇的場景。而這一切，都源於人類永不滿足的探索欲和精益求精的工匠精神，在極端製造的世界裏，沒有“不可能”，只有“尚未實現”。
策劃製作
作者丨劉惠榮 中國機械工程學會科普與獎勵處處長
審覈丨張文武 中國機械工程學會極端製造分會副主任委員、中科院寧波材料所研究員
策劃丨張林林
責編丨甄曦
審校丨徐來、張林林
