Първо, предимствата на гранитната основа
Висока твърдост и ниска термична деформация
Плътността на гранита е висока (около 2,6-2,8 g/cm³), а модулът на Юнг може да достигне 50-100 GPa, което значително надвишава този на обикновените метални материали. Тази висока твърдост може ефективно да потисне външните вибрации и деформациите от натоварване и да осигури плоскост на водача на въздушния поплавък. В същото време коефициентът на линейно разширение на гранита е много нисък (около 5×10⁻⁶/℃), само 1/3 от алуминиевата сплав, почти без термична деформация в среда с температурни колебания, особено подходящ за лаборатории с постоянна температура или промишлени сцени с голяма температурна разлика между деня и нощта.
Отлично амортисьорно действие
Поликристалната структура на гранита му придава естествени характеристики на затихване, а времето за затихване на вибрациите е 3-5 пъти по-бързо от това на стоманата. В процеса на прецизна обработка, той може ефективно да абсорбира високочестотни вибрации, като например стартиране и спиране на двигателя, рязане на инструменти, и да избегне влиянието на резонанса върху точността на позициониране на движещата се платформа (типична стойност до ±0,1 μm).
Дългосрочна размерна стабилност
След стотици милиони години геоложки процеси, в които е образуван гранит, вътрешното му напрежение е напълно освободено, за разлика от металните материали, поради остатъчното напрежение, причинено от бавна деформация. Експерименталните данни показват, че промяната в размера на гранитната основа е по-малка от 1μm/m за 10-годишния период, което е значително по-добро от това при чугунените или заварените стоманени конструкции.
Устойчив на корозия и неизискващ поддръжка
Гранитът е силно устойчив на киселини и основи, масла, влага и други фактори на околната среда, така че не е необходимо да се нанася антикорозионният слой толкова редовно, колкото металната основа. След шлайфане и полиране, грапавостта на повърхността може да достигне Ra 0,2μm или по-малко, което може да се използва директно като носеща повърхност на направляващата релса на въздушния поплавък, за да се намалят грешките при монтажа.
Второ, ограниченията на гранитната основа
Трудност при обработката и проблем с разходите
Гранитът има твърдост по Моос от 6-7, което изисква използването на диамантени инструменти за прецизно шлифоване, ефективността на обработка е само 1/5 от тази на металните материали. Сложната структура на жлеба тип „лястовича опашка“, резбованите отвори и други характеристики на обработката са високи, а цикълът на обработка е дълъг (например, обработката на платформа с размери 2 м × 1 м отнема повече от 200 часа), което води до общата цена с 30%-50% по-висока от платформата от алуминиева сплав.
Риск от крехки фрактури
Въпреки че якостта на натиск може да достигне 200-300 MPa, якостта на опън на гранита е само 1/10 от нея. Крехкото счупване лесно се получава при екстремно ударно натоварване и повредите са трудни за отстраняване. Необходимо е да се избягва концентрацията на напрежение чрез структурно проектиране, като например използване на заоблени ъглови преходи, увеличаване на броя на опорните точки и др.
Теглото носи системни ограничения
Плътността на гранита е 2,5 пъти по-голяма от тази на алуминиевата сплав, което води до значително увеличение на общото тегло на платформата. Това поставя по-високи изисквания към носещата способност на носещата конструкция, а динамичните характеристики могат да бъдат засегнати от проблеми с инерцията в сценарии, изискващи движение с висока скорост (като например литографската маса за пластини).
Анизотропия на материала
Разпределението на минералните частици в естествения гранит е насочено, а твърдостта и коефициентът на термично разширение в различните позиции са леко различни (около ±5%). Това може да доведе до непренебрежими грешки за ултрапрецизни платформи (като наномащабно позициониране), които трябва да бъдат подобрени чрез строг подбор на материали и хомогенизираща обработка (като високотемпературно калциниране).
Като основен компонент на високопрецизно промишлено оборудване, прецизната плаваща платформа със статично налягане на въздуха се използва широко в производството на полупроводници, оптичната обработка, прецизните измервания и други области. Изборът на основен материал влияе пряко върху стабилността, точността и експлоатационния живот на платформата. Гранитът (естествен гранит), със своите уникални физични свойства, се превърна в популярен материал за основи на такива платформи през последните години.
Време на публикуване: 09 април 2025 г.