По-перше, переваги гранітної основи
Висока жорсткість та низька теплова деформація
Густина граніту висока (близько 2,6-2,8 г/см³), а модуль Юнга може досягати 50-100 ГПа, що значно перевищує модуль звичайних металевих матеріалів. Ця висока жорсткість може ефективно запобігати зовнішній вібрації та деформації від навантаження, а також забезпечувати площинність напрямної повітряного поплавця. Водночас коефіцієнт лінійного розширення граніту дуже низький (близько 5×10⁻⁶/℃), лише 1/3 складається з алюмінієвого сплаву, майже не деформується в умовах коливань температури, особливо підходить для лабораторій з постійною температурою або промислових приміщень з великою різницею температур між днем і ніччю.
Відмінні демпфіруючі властивості
Полікристалічна структура граніту забезпечує йому природні характеристики демпфування, а час затухання вібрації в 3-5 разів швидший, ніж у сталі. У процесі прецизійної обробки він може ефективно поглинати високочастотну вібрацію, таку як запуск і зупинка двигуна, різання інструменту, та запобігати впливу резонансу на точність позиціонування рухомої платформи (типове значення до ±0,1 мкм).
Довготривала розмірна стабільність
Після сотень мільйонів років геологічних процесів, що сформували граніт, його внутрішні напруження повністю звільнилися, на відміну від металевих матеріалів, що виникають через залишкові напруження, спричинені повільною деформацією. Експериментальні дані показують, що зміна розміру гранітної основи становить менше 1 мкм/м протягом 10-річного періоду, що значно краще, ніж у чавунних або зварних сталевих конструкцій.
Стійкий до корозії та не потребує обслуговування
Граніт має високу стійкість до кислот і лугів, олії, вологи та інших факторів навколишнього середовища, тому немає потреби покривати антикорозійним шаром так регулярно, як металеву основу. Після шліфування та полірування шорсткість поверхні може досягати Ra 0,2 мкм або менше, що може бути безпосередньо використано як опорна поверхня напрямної рейки повітряного поплавця для зменшення помилок при складанні.
По-друге, обмеження гранітної основи
Складність обробки та проблема вартості
Граніт має твердість за шкалою Мооса 6-7, що вимагає використання алмазних інструментів для точного шліфування, ефективність обробки становить лише 1/5 від ефективності металевих матеріалів. Складна структура, канавка типу «ластівчин хвіст», різьбові отвори та інші особливості, роблять обробку дорогою, а цикл обробки тривалим (наприклад, обробка платформи 2 м × 1 м займає понад 200 годин), в результаті чого загальна вартість на 30%-50% вища, ніж платформи з алюмінієвого сплаву.
Ризик крихких переломів
Хоча міцність на стиск може досягати 200-300 МПа, міцність граніту на розтяг становить лише 1/10 від неї. Під впливом екстремального ударного навантаження легко виникає крихке руйнування, а пошкодження важко відремонтувати. Необхідно уникати концентрації напружень за допомогою конструктивного рішення, такого як використання закруглених кутових переходів, збільшення кількості точок опори тощо.
Вага обмежує роботу системи
Щільність граніту в 2,5 рази більша, ніж у алюмінієвого сплаву, що призводить до суттєвого збільшення загальної ваги платформи. Це висуває вищі вимоги до несучої здатності опорної конструкції, а динамічні характеристики можуть залежати від проблем з інерцією в сценаріях, що вимагають високошвидкісного руху (наприклад, стіл для літографічних пластин).
Анізотропія матеріалу
Розподіл мінеральних частинок природного граніту є спрямованим, а твердість і коефіцієнт теплового розширення в різних положеннях дещо відрізняються (близько ±5%). Це може призвести до значних похибок для надточних платформ (таких як нанорозмірне позиціонування), які необхідно покращити шляхом суворого відбору матеріалів та гомогенізаційної обробки (наприклад, високотемпературної кальцинації).
Як основний компонент високоточного промислового обладнання, прецизійна пневматична плавуча платформа зі статичним тиском широко використовується у виробництві напівпровідників, оптичній обробці, прецизійних вимірюваннях та інших галузях. Вибір основного матеріалу безпосередньо впливає на стабільність, точність та термін служби платформи. Граніт (натуральний граніт) з його унікальними фізичними властивостями став популярним матеріалом для основ таких платформ в останні роки.
Час публікації: 09 квітня 2025 р.