В прецизионном производстве, научных исследованиях и других областях, где требуется точность, прецизионная платформа статического давления играет ключевую роль. Выбор основания платформы, подобно закладке краеугольного камня здания, напрямую связан с её эксплуатационными характеристиками. Гранитное основание и основание из минерального литья – два популярных варианта, каждый из которых имеет свои преимущества. Ниже представлено подробное сравнение.
Стабильность: разница между естественной кристаллизацией и искусственным композитом
Гранитное основание прецизионной точности после миллионов лет геологических изменений, внутренний кварц, полевой шпат и другие минералы кристаллически плотные, структура чрезвычайно плотная и однородная. Перед лицом внешних помех, таких как вибрация, создаваемая работой окружающего крупного оборудования, гранитное основание подобно прочному щиту, который может эффективно блокировать и ослаблять, и может уменьшить амплитуду вибрации прецизионной статической воздушной плавучей платформы давления более чем на 80%, обеспечивая прочную и стабильную основу для высокоточного перемещения платформы. В цехе по производству полупроводниковых чипов процесс литографии предъявляет высокие требования к стабильности платформы, а гранитное основание обеспечивает точную работу оборудования литографии чипов, помогает точно гравировать рисунок чипа и значительно повышает выход годных чипов.
Основание из минерального литья изготовлено из смеси минеральных частиц со специальным связующим. Его внутренняя структура однородна и обладает определёнными виброгасящими свойствами. При работе в условиях общей вибрации оно обеспечивает относительно стабильную рабочую среду для платформы. Однако в условиях высокой интенсивности и непрерывной вибрации способность основания из минерального литья к гашению вибрации несколько недостаточна по сравнению с гранитным основанием, что может привести к небольшому отклонению движения платформы и повлиять на точность выполнения сверхточных операций.
Сохранение точности: баланс естественных преимуществ и искусственного контроля низкого расширения
Гранит известен своим очень низким коэффициентом теплового расширения, обычно 5-7 ×10⁻⁶/℃. В условиях колебаний температуры размер гранитного прецизионного основания изменяется незначительно. В астрономии прецизионная платформа с воздушным поплавком, работающая на статическом давлении, для точной настройки объектива телескопа используется в паре с гранитным основанием. Даже при значительной разнице температур днем и ночью она обеспечивает точность позиционирования объектива на субмикронном уровне, помогая астрономам фиксировать едва заметные изменения далеких небесных тел.
При разработке рецептур минеральных литейных материалов можно оптимизировать и контролировать характеристики теплового расширения, а коэффициент теплового расширения может быть близок к коэффициенту гранита или даже превосходить его, регулируя соотношение минералов и связующих веществ. В некоторых высокоточных измерительных приборах, чувствительных к температуре, основание из минерального литья может сохранять стабильные размеры при изменении температуры, обеспечивая точность перемещения платформы. Однако основание из минерального литья подвержено влиянию таких факторов, как старение связующего вещества, поэтому необходимо дополнительно контролировать долгосрочную стабильность точности.
Долговечность: характеристики высокотвердого натурального камня и стойких к усталости композитных материалов.
Гранит обладает высокой твёрдостью, достигающей 6-7 единиц по шкале Мооса, и хорошей износостойкостью. В материаловедении часто используются прецизионные платформы с воздушными поплавками, создающими статическое давление. Гранитное основание эффективно противостоит долговременным потерям на трение по сравнению с обычным основанием, что позволяет увеличить срок службы платформы более чем на 50%, снизить затраты на обслуживание оборудования и обеспечить непрерывность научных исследований. Однако гранитный материал относительно хрупкий и легко разрушается при случайном ударе.
Основание из минерального литья обладает превосходными противоусталостными характеристиками, что позволяет эффективно противостоять усталостным повреждениям и сохранять структурную целостность при длительном высокочастотном возвратно-поступательном движении прецизионной воздушной плавучей платформы статического давления. Кроме того, оно обладает определенной стойкостью к воздействию обычных химических веществ, а в условиях низкой химической коррозии более долговечно, чем гранитное основание. Однако в экстремальных условиях, таких как высокая влажность, связующее вещество в основании из минерального литья может разрушаться, что снижает его долговечность.
Стоимость производства и сложность обработки: проблемы природного камня и пороги искусственного литья
Добыча и транспортировка гранитного сырья сложны, а его обработка требует очень современного оборудования и технологий. Высокая твёрдость и хрупкость гранита приводят к таким проблемам, как разрушение кромок и образование трещин при резке, шлифовке, полировке и других процессах, а процент брака относительно высок, что приводит к высоким производственным затратам.
Изготовление литых поддонов из минерального сырья требует специальной формы и технологического процесса, а начальная стоимость разработки формы высока, но после её изготовления можно наладить массовое производство и снизить себестоимость единицы продукции. Процесс обработки минеральных поддонов относительно прост по сравнению с гранитом, а благодаря механической обработке достигается более высокая точность, что обеспечивает экономическую эффективность при крупномасштабном применении.
Время публикации: 10 апреля 2025 г.