Nella costruzione di piattaforme di precisione a pressione statica flottanti, la scelta della base gioca un ruolo decisivo nelle prestazioni complessive della piattaforma. Le basi di precisione in granito e quelle in ghisa presentano caratteristiche specifiche, con evidenti differenze in termini di dimensioni chiave come stabilità, precisione, manutenzione, durata e costo.
Innanzitutto, la stabilità: struttura naturale densa e metallica
Dopo milioni di anni di cambiamenti geologici, il granito è strettamente legato a quarzo, feldspato e altri minerali per formare una struttura estremamente densa e uniforme. Di fronte a interferenze esterne, come le forti vibrazioni generate dal funzionamento di grandi apparecchiature in officina, la base in granito può efficacemente bloccare e attenuare le vibrazioni grazie alla sua complessa struttura cristallina, che può ridurre l'ampiezza delle vibrazioni della piattaforma di galleggiamento ad aria compressa di precisione di oltre l'80%, fornendo un punto di forza stabile per il funzionamento della piattaforma e garantendo un movimento fluido durante l'elaborazione o il rilevamento ad alta precisione. Ad esempio, nel processo di fotolitografia per la produzione di chip elettronici, la caratterizzazione precisa dei pattern dei chip è garantita.
La base in ghisa è realizzata in una lega ferro-carbonio e la grafite interna è distribuita in fogli o sfere. Sebbene abbia una certa capacità di smorzamento delle vibrazioni, la sua uniformità strutturale non è buona rispetto al granito. In presenza di vibrazioni continue e ad alta intensità, è difficile per la base in ghisa ridurre l'interferenza delle vibrazioni allo stesso livello basso della base in granito, il che può causare piccole deviazioni nel movimento della piattaforma galleggiante ad aria a pressione statica di precisione, compromettendo le prestazioni di precisione della piattaforma nelle operazioni di altissima precisione.
In secondo luogo, mantenimento della precisione: i vantaggi naturali della bassa espansione e la sfida del cambiamento termico del metallo
Il granito è noto per il suo bassissimo coefficiente di dilatazione termica, solitamente pari a 5-7 ×10⁻⁶/℃. In un ambiente con fluttuazioni di temperatura, le dimensioni della base di precisione in granito variano molto poco. In astronomia, la piattaforma di precisione idrostatica a galleggiante d'aria per la regolazione fine dell'obiettivo del telescopio è abbinata alla base in granito; anche in caso di significative differenze di temperatura tra il giorno e la notte, ciò garantisce che la precisione di posizionamento dell'obiettivo sia mantenuta a livello submicronico, aiutando gli astronomi a catturare le sottili dinamiche dei corpi celesti distanti.
Il coefficiente di dilatazione termica della ghisa è relativamente elevato, generalmente pari a 10-20 × 10⁻⁶/℃. Al variare della temperatura, le dimensioni della base in ghisa variano notevolmente, causando facilmente la deformazione termica della piattaforma di galleggiamento ad aria di precisione, con conseguente riduzione della precisione di movimento della piattaforma. Nel processo di rettifica di lenti ottiche termosensibili, la deformazione della base in ghisa sotto l'influenza della temperatura può causare una deviazione della precisione di rettifica della lente oltre l'intervallo consentito, compromettendone la qualità.
Terzo, durevolezza: elevata durezza della pietra naturale e fatica del metallo
Il granito ha un'elevata durezza, con una durezza Mohs di 6-7, e una buona resistenza all'usura. Nei laboratori di scienza dei materiali, la piattaforma galleggiante ad aria a pressione statica di precisione, frequentemente utilizzata, con base in granito, può resistere efficacemente alla perdita di carico a lungo termine rispetto a una base tradizionale, prolungando il ciclo di manutenzione della piattaforma di oltre il 50%, riducendo i costi di manutenzione delle apparecchiature e garantendo la continuità della ricerca scientifica. Tuttavia, il granito è relativamente fragile e sussiste il rischio di rottura in caso di impatto accidentale.
La base in ghisa presenta una certa tenacità e non si rompe facilmente se sottoposta a una determinata forza d'impatto. Tuttavia, nel processo di movimento alternato ad alta frequenza della piattaforma flottante ad aria statica di precisione per lungo tempo, la ghisa è soggetta a danni da fatica, con conseguenti alterazioni della struttura interna che compromettono la precisione del movimento e la stabilità della piattaforma. Allo stesso tempo, la ghisa è soggetta a ruggine e corrosione in ambienti umidi, riducendone la durata; al contrario, la base in granito offre una migliore resistenza alla corrosione.
In quarto luogo, costi di produzione e difficoltà di lavorazione: sfide legate all'estrazione e alla lavorazione della pietra naturale e soglia del processo di fusione dei metalli
L'estrazione e il trasporto delle materie prime di granito sono complessi e la lavorazione richiede attrezzature e tecnologie all'avanguardia. A causa della sua elevata durezza e fragilità, il taglio, la molatura, la lucidatura e altri processi sono soggetti a collassi, crepe e un elevato tasso di scarti, con conseguenti elevati costi di produzione.
La base in ghisa è realizzata con un processo di fusione maturo, un'ampia disponibilità di materie prime e un costo relativamente basso. Attraverso lo stampo, è possibile ottenere una produzione in serie con un'elevata efficienza produttiva. Tuttavia, per ottenere la stessa elevata precisione e stabilità della base in granito, il processo di fusione e i requisiti di post-lavorazione sono estremamente rigorosi, richiedendo lavorazioni meccaniche di precisione e trattamenti di invecchiamento, ecc., con un conseguente aumento significativo dei costi.
In sintesi, la base di precisione in granito presenta notevoli vantaggi negli scenari applicativi della piattaforma galleggiante ad aria a pressione statica di precisione che richiedono elevata precisione, stabilità e resistenza all'usura; la base in ghisa presenta alcuni vantaggi in termini di costi e tenacità ed è adatta per le occasioni in cui i requisiti di precisione sono relativamente bassi, si ricerca il rapporto costo-efficacia e le vibrazioni e la temperatura dell'ambiente sono relativamente stabili.
Data di pubblicazione: 09-04-2025