Во-первых, преимущества гранитного основания
Высокая жесткость и низкая термическая деформация
Плотность гранита высока (около 2,6-2,8 г/см³), а модуль Юнга может достигать 50-100 ГПа, что намного превышает таковой у обычных металлических материалов. Эта высокая жесткость может эффективно подавлять внешнюю вибрацию и деформацию нагрузки, а также обеспечивать плоскостность направляющей воздушного поплавка. В то же время коэффициент линейного расширения гранита очень низок (около 5×10⁻⁶/℃), всего 1/3 алюминиевого сплава, почти нет тепловой деформации в среде температурных колебаний, особенно подходит для лабораторий с постоянной температурой или промышленных сцен с большой разницей температур между днем и ночью.
Отличные характеристики демпфирования
Поликристаллическая структура гранита придает ему естественные демпфирующие характеристики, а время затухания вибрации в 3-5 раз меньше, чем у стали. В процессе прецизионной обработки он может эффективно поглощать высокочастотную вибрацию, такую как запуск и остановка двигателя, резка инструмента, и избегать влияния резонанса на точность позиционирования подвижной платформы (типичное значение до ±0,1 мкм).
Долгосрочная размерная стабильность
После сотен миллионов лет геологических процессов, образовавших гранит, его внутреннее напряжение полностью высвободилось, в отличие от металлических материалов из-за остаточного напряжения, вызванного медленной деформацией. Экспериментальные данные показывают, что изменение размеров гранитного основания составляет менее 1 мкм/м в течение 10-летнего периода, что значительно лучше, чем у чугунных или сварных стальных конструкций.
Устойчив к коррозии и не требует обслуживания
Гранит устойчив к кислотам и щелочам, маслу, влаге и другим факторам окружающей среды, нет необходимости покрывать антикоррозионным слоем так же регулярно, как металлическую основу. После шлифовки и полировки шероховатость поверхности может достигать Ra 0,2 мкм или менее, что может быть напрямую использовано в качестве опорной поверхности направляющей воздушного поплавка для уменьшения ошибок сборки.
Во-вторых, ограничения гранитного основания
Проблема сложности и стоимости обработки
Твердость гранита по шкале Мооса составляет 6-7, что требует использования алмазных инструментов для точной шлифовки, эффективность обработки составляет всего 1/5 от металлических материалов. Сложная структура паза «ласточкин хвост», резьбовых отверстий и других особенностей стоимость обработки высока, а цикл обработки длительный (например, обработка платформы 2м×1м занимает более 200 часов), в результате чего общая стоимость на 30%-50% выше, чем у платформы из алюминиевого сплава.
Риск хрупкого разрушения
Хотя прочность на сжатие может достигать 200-300 МПа, прочность на растяжение гранита составляет всего 1/10 от нее. Хрупкое разрушение легко возникает при экстремальной ударной нагрузке, а повреждение трудно поддается ремонту. Необходимо избегать концентрации напряжений с помощью структурного проектирования, например, использования закругленных угловых переходов, увеличения количества точек опоры и т. д.
Вес накладывает системные ограничения
Плотность гранита в 2,5 раза больше, чем у алюминиевого сплава, что приводит к существенному увеличению общего веса платформы. Это предъявляет более высокие требования к несущей способности опорной конструкции, а динамические характеристики могут быть затронуты проблемами инерции в сценариях, требующих высокоскоростного движения (например, литографический стол для пластин).
Анизотропия материала
Распределение минеральных частиц природного гранита направлено, а твердость и коэффициент теплового расширения в разных положениях немного отличаются (около ±5%). Это может привести к существенным ошибкам для сверхточных платформ (таких как наномасштабное позиционирование), которые необходимо улучшить путем строгого отбора материалов и гомогенизационной обработки (например, высокотемпературной кальцинации).
Как основной компонент высокоточного промышленного оборудования, прецизионная статическая плавающая платформа на воздухе широко используется в производстве полупроводников, оптической обработке, точных измерениях и других областях. Выбор базового материала напрямую влияет на устойчивость, точность и срок службы платформы. Гранит (природный гранит) с его уникальными физическими свойствами стал популярным материалом для таких оснований платформ в последние годы.
Время публикации: 09-04-2025