Po pierwsze, zalety podstawy granitowej
Wysoka sztywność i niskie odkształcenia termiczne
Granit charakteryzuje się wysoką gęstością (około 2,6-2,8 g/cm³), a moduł Younga może sięgać 50-100 GPa, znacznie przewyższając moduły zwykłych metali. Wysoka sztywność skutecznie zapobiega wibracjom zewnętrznym i odkształceniom pod wpływem obciążenia, a także zapewnia płaskość prowadnicy pływaka powietrznego. Jednocześnie współczynnik rozszerzalności liniowej granitu jest bardzo niski (około 5×10⁻⁶/℃), zaledwie 1/3 współczynnika rozszerzalności stopu aluminium, co oznacza praktycznie zerowe odkształcenia termiczne w warunkach wahań temperatury, co czyni go szczególnie przydatnym w laboratoriach o stałej temperaturze lub w środowiskach przemysłowych o dużej różnicy temperatur między dniem a nocą.
Doskonała wydajność tłumienia
Polikrystaliczna struktura granitu zapewnia mu naturalne właściwości tłumiące, a czas tłumienia drgań jest 3-5 razy krótszy niż w przypadku stali. W procesie precyzyjnej obróbki skrawaniem, granit skutecznie pochłania drgania o wysokiej częstotliwości, takie jak rozruch i zatrzymanie silnika czy skrawanie narzędzi, a także zapobiega wpływowi rezonansu na dokładność pozycjonowania platformy ruchomej (typowa wartość do ±0,1 μm).
Długoterminowa stabilność wymiarowa
Po setkach milionów lat procesów geologicznych, które ukształtowały granit, jego naprężenia wewnętrzne zostały całkowicie uwolnione, w przeciwieństwie do materiałów metalowych, w wyniku naprężeń szczątkowych wywołanych powolną deformacją. Dane eksperymentalne pokazują, że zmiana wielkości bazy granitowej w ciągu 10 lat wynosi mniej niż 1 μm/m, co jest znacznie lepszym wynikiem niż w przypadku konstrukcji żeliwnych lub spawanych stalowych.
Odporny na korozję i bezobsługowy
Granit jest odporny na działanie kwasów i zasad, olejów, wilgoci i innych czynników środowiskowych, dlatego nie ma potrzeby tak regularnego nakładania warstwy antykorozyjnej, jak w przypadku podłoża metalowego. Po szlifowaniu i polerowaniu chropowatość powierzchni może osiągnąć Ra 0,2 μm lub mniej, co pozwala na bezpośrednie wykorzystanie jej jako powierzchni nośnej prowadnicy pływaka powietrznego, co zmniejsza ryzyko błędów montażowych.
Po drugie, ograniczenia podstawy granitowej
Trudności w przetwarzaniu i problem kosztów
Granit ma twardość 6-7 w skali Mohsa, co wymaga użycia narzędzi diamentowych do precyzyjnego szlifowania. Wydajność obróbki jest zaledwie 1/5 wydajności obróbki metali. Złożona struktura rowka na jaskółczy ogon, otworów gwintowanych i innych elementów wpływa na wysoki koszt obróbki, a cykl obróbki jest długi (np. obróbka platformy o wymiarach 2 m×1 m zajmuje ponad 200 godzin). W rezultacie całkowity koszt jest o 30-50% wyższy niż w przypadku platformy ze stopu aluminium.
Ryzyko kruchego pęknięcia
Chociaż wytrzymałość na ściskanie może sięgać 200-300 MPa, wytrzymałość granitu na rozciąganie stanowi zaledwie 1/10 tej wartości. Kruche pękanie jest łatwe pod wpływem ekstremalnych obciążeń udarowych, a uszkodzenia są trudne do naprawienia. Konieczne jest unikanie koncentracji naprężeń poprzez projektowanie konstrukcji, takie jak stosowanie zaokrąglonych narożników, zwiększanie liczby punktów podparcia itp.
Waga powoduje ograniczenia systemu
Gęstość granitu jest 2,5 razy większa niż stopu aluminium, co powoduje znaczny wzrost całkowitej masy platformy. To z kolei zwiększa wymagania dotyczące nośności konstrukcji wsporczej, a na dynamikę mogą wpływać problemy z bezwładnością w scenariuszach wymagających szybkiego ruchu (takich jak stół do litografii).
Anizotropia materiału
Rozkład cząstek mineralnych naturalnego granitu jest kierunkowy, a twardość i współczynnik rozszerzalności cieplnej w różnych pozycjach różnią się nieznacznie (około ±5%). Może to powodować istotne błędy w przypadku platform ultraprecyzyjnych (takich jak pozycjonowanie w skali nano), które należy poprawić poprzez ścisłą selekcję materiałów i proces homogenizacji (taki jak kalcynacja w wysokiej temperaturze).
Jako kluczowy element precyzyjnego sprzętu przemysłowego, platforma pneumatyczna o precyzyjnym ciśnieniu statycznym jest szeroko stosowana w produkcji półprzewodników, obróbce optycznej, precyzyjnych pomiarach i innych dziedzinach. Wybór materiału bazowego bezpośrednio wpływa na stabilność, dokładność i żywotność platformy. Granit (granit naturalny), dzięki swoim unikalnym właściwościom fizycznym, stał się w ostatnich latach popularnym materiałem na podstawy takich platform.
Czas publikacji: 09-04-2025