In primo luogo, i vantaggi della base in granito
Elevata rigidità e bassa deformazione termica
La densità del granito è elevata (circa 2,6-2,8 g/cm³) e il modulo di Young può raggiungere i 50-100 GPa, superando di gran lunga quello dei normali materiali metallici. Questa elevata rigidità può inibire efficacemente le vibrazioni esterne e la deformazione dovuta al carico, garantendo la planarità della guida del galleggiante ad aria. Allo stesso tempo, il coefficiente di dilatazione lineare del granito è molto basso (circa 5×10⁻⁶/℃), solo 1/3 della lega di alluminio, quasi nessuna deformazione termica in ambienti con fluttuazioni di temperatura, particolarmente adatto per laboratori a temperatura costante o ambienti industriali con grandi differenze di temperatura tra il giorno e la notte.
Eccellenti prestazioni di smorzamento
La struttura policristallina del granito gli conferisce caratteristiche di smorzamento naturali e il tempo di attenuazione delle vibrazioni è 3-5 volte più rapido rispetto a quello dell'acciaio. Nel processo di lavorazione di precisione, può assorbire efficacemente le vibrazioni ad alta frequenza, come quelle generate dall'avvio e dall'arresto del motore e dal taglio degli utensili, ed evitare l'influenza della risonanza sulla precisione di posizionamento della piattaforma mobile (valore tipico fino a ±0,1 μm).
Stabilità dimensionale a lungo termine
Dopo centinaia di milioni di anni di processi geologici che hanno formato il granito, le sue tensioni interne sono state completamente eliminate, a differenza dei materiali metallici, a causa delle tensioni residue causate dalla lenta deformazione. I dati sperimentali mostrano che la variazione dimensionale della base del granito è inferiore a 1 μm/m durante un periodo di 10 anni, un valore significativamente migliore rispetto a quello delle strutture in ghisa o acciaio saldato.
Resistente alla corrosione e senza manutenzione
Il granito ha un'elevata tolleranza agli acidi e agli alcali, all'olio, all'umidità e ad altri fattori ambientali, pertanto non è necessario applicare lo strato antiruggine con la stessa regolarità della base metallica. Dopo la molatura e la lucidatura, la rugosità superficiale può raggiungere Ra 0,2 μm o meno, il che può essere utilizzato direttamente come superficie di appoggio della guida del galleggiante ad aria per ridurre gli errori di assemblaggio.
In secondo luogo, i limiti della base in granito
Difficoltà di elaborazione e problema di costi
Il granito ha una durezza Mohs di 6-7, che richiede l'uso di utensili diamantati per la rettifica di precisione; l'efficienza di lavorazione è solo 1/5 rispetto ai materiali metallici. La complessa struttura della scanalatura a coda di rondine, i fori filettati e altre caratteristiche comportano costi di lavorazione elevati e un ciclo di lavorazione lungo (ad esempio, la lavorazione di una piattaforma di 2 m x 1 m richiede più di 200 ore), con un conseguente costo complessivo superiore del 30%-50% rispetto alla piattaforma in lega di alluminio.
Rischio di frattura fragile
Sebbene la resistenza alla compressione possa raggiungere i 200-300 MPa, la resistenza alla trazione del granito è solo 1/10 di questa. La frattura fragile è facile da verificare sotto carichi d'impatto estremi e il danno è difficile da riparare. È necessario evitare la concentrazione di sollecitazioni attraverso la progettazione strutturale, ad esempio utilizzando transizioni con angoli arrotondati, aumentando il numero di punti di supporto, ecc.
Il peso comporta limitazioni del sistema
La densità del granito è 2,5 volte superiore a quella della lega di alluminio, con conseguente aumento sostanziale del peso complessivo della piattaforma. Ciò impone requisiti più elevati in termini di capacità portante della struttura di supporto e le prestazioni dinamiche possono essere influenzate da problemi di inerzia in scenari che richiedono movimenti ad alta velocità (come il tavolo per wafer litografici).
Anisotropia del materiale
La distribuzione delle particelle minerali del granito naturale è direzionale e la durezza e il coefficiente di dilatazione termica delle diverse posizioni sono leggermente diversi (circa ±5%). Ciò può introdurre errori non trascurabili per piattaforme di ultra-precisione (come il posizionamento su scala nanometrica), che devono essere migliorati mediante una rigorosa selezione dei materiali e un trattamento di omogeneizzazione (come la calcinazione ad alta temperatura).
Come componente principale di apparecchiature industriali ad alta precisione, la piattaforma flottante ad aria a pressione statica di precisione è ampiamente utilizzata nella produzione di semiconduttori, nell'elaborazione ottica, nella misurazione di precisione e in altri settori. La scelta del materiale di base influisce direttamente sulla stabilità, la precisione e la durata della piattaforma. Il granito (granito naturale), con le sue proprietà fisiche uniche, è diventato un materiale popolare per queste basi di piattaforme negli ultimi anni.
Data di pubblicazione: 09-04-2025