Precyzyjne platformy granitowe, z ich wysoką sztywnością, niskim współczynnikiem rozszerzalności, doskonałym tłumieniem i naturalnymi właściwościami antymagnetycznymi, mają niezastąpioną wartość użytkową w zaawansowanych dziedzinach produkcji i badań naukowych, gdzie precyzja i stabilność są wysoce pożądane. Poniżej przedstawiono główne scenariusze zastosowań i zalety techniczne:
I. Obszar urządzeń do przetwarzania ultraprecyzyjnego
Sprzęt do produkcji półprzewodników
Scenariusze zastosowań: stół roboczy maszyny litograficznej, podstawa maszyny do krojenia płytek w kostkę, platforma pozycjonująca urządzenia pakujące.
Wartość techniczna:
Współczynnik rozszerzalności cieplnej granitu wynosi zaledwie (0,5–1,0) ×10⁻⁶/℃, co pozwala na wytrzymanie wahań temperatury podczas nanoskalowej ekspozycji maszyny litograficznej (błąd przemieszczenia < 0,1 nm w środowisku ±0,1℃).
Wewnętrzna struktura mikroporów tworzy naturalne tłumienie (stosunek tłumienia 0,05 do 0,1), tłumiąc drgania (amplituda < 2 μm) podczas szybkiego cięcia przez maszynę tnącą i zapewniając, że chropowatość krawędzi Ra cięcia wafla jest mniejsza niż 1 μm.
2. Precyzyjne szlifierki i współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM)
Przypadek zastosowania:
Podstawa trójwspółrzędnej maszyny pomiarowej przyjmuje integralną strukturę granitową o płaskości ±0,5μm/m. W połączeniu z unoszącą się w powietrzu szyną prowadzącą osiąga dokładność ruchu na poziomie nano (dokładność powtarzalnego pozycjonowania ±0,1μm).
Stół roboczy optycznej szlifierki przyjmuje kompozytową strukturę granitu i srebrnej stali. Podczas szlifowania szkła K9 falistość powierzchni jest mniejsza niż λ/20 (λ=632,8 nm), spełniając wymagania ultra-gładkiej obróbki soczewek laserowych.
II. Dziedzina optyki i fotoniki
Teleskopy astronomiczne i systemy laserowe
Typowe zastosowania:
Platforma nośna powierzchni odbijającej dużego radioteleskopu wykorzystuje strukturę plastra miodu z granitu. Jest ona lekka (gęstość 2,7 g/cm³) i ma dużą odporność na drgania wywołane wiatrem (odkształcenie < 50 μm przy wietrze o sile 10 stopni).
Platforma optyczna interferometru laserowego wykorzystuje mikroporowaty granit. Reflektor jest mocowany przez adsorpcję próżniową, z błędem płaskości mniejszym niż 5 nm, co zapewnia stabilność ultraprecyzyjnych eksperymentów optycznych, takich jak wykrywanie fal grawitacyjnych.
2. Precyzyjna obróbka elementów optycznych
Zalety techniczne:
Przenikalność magnetyczna i przewodnictwo elektryczne platformy granitowej są bliskie zeru, co pozwala uniknąć wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na precyzyjne procesy, takie jak polerowanie wiązką jonów (IBF) i polerowanie magnetoreologiczne (MRF). Wartość dokładności kształtu powierzchni PV przetworzonej soczewki asfitycznej może osiągnąć λ/100.
III. Lotnictwo i kosmonautyka oraz inspekcja precyzyjna
Platforma do inspekcji podzespołów lotniczych
Scenariusze zastosowań: Trójwymiarowa kontrola łopatek samolotów, pomiar tolerancji kształtu i położenia elementów konstrukcyjnych wykonanych ze stopów aluminium lotniczego.
Kluczowe parametry:
Powierzchnia platformy granitowej jest poddawana obróbce elektrokorozyjnej w celu utworzenia drobnych wzorów (o chropowatości Ra 0,4-0,8 μm), odpowiednich do stosowania precyzyjnych sond wyzwalających, a błąd wykrywania profilu ostrza wynosi mniej niż 5 μm.
Materiał ten wytrzymuje obciążenie ponad 200 kg podzespołów lotniczych, a zmiana płaskości po długotrwałym użytkowaniu wynosi mniej niż 2 μm/m, co spełnia wymagania dotyczące precyzyjnej konserwacji klasy 10 w przemyśle lotniczym.
2. Kalibracja podzespołów nawigacji bezwładnościowej
Wymagania techniczne: Statyczna kalibracja urządzeń bezwładnościowych, takich jak żyroskopy i akcelerometry, wymaga ultrastabilnej platformy odniesienia.
Rozwiązanie: Platforma granitowa została połączona z aktywnym systemem izolacji drgań (częstotliwość własna < 1 Hz), co pozwala na uzyskanie precyzyjnej kalibracji stabilności zerowego offsetu składowych bezwładnościowych < 0,01°/h w środowisku o przyspieszeniu drgań < 1×10⁻⁴g.
IV. Nanotechnologia i biomedycyna
Platforma mikroskopu sondy skanującej (SPM)
Podstawowa funkcja: Jako podstawa mikroskopii sił atomowych (AFM) i skaningowej mikroskopii tunelowej (STM) wymaga izolacji od drgań otoczenia i dryfu termicznego.
Wskaźniki wydajności:
Platforma granitowa w połączeniu z pneumatycznymi nogami izolującymi drgania może zmniejszyć częstotliwość przenoszenia drgań zewnętrznych (1–100 Hz) do mniej niż 5%, umożliwiając obrazowanie AFM na poziomie atomowym w środowisku atmosferycznym (rozdzielczość < 0,1 nm).
Czułość temperaturowa wynosi mniej niż 0,05 μm/℃, co spełnia wymagania dotyczące obserwacji próbek biologicznych w skali nano w środowisku o stałej temperaturze (37℃±0,1℃).
2. Sprzęt do pakowania biochipów
Przypadek zastosowania: Platforma do precyzyjnego wyrównywania układów scalonych do sekwencjonowania DNA wykorzystuje granitowe prowadnice powietrzne o dokładności pozycjonowania ±0,5 μm, co zapewnia wiązanie submikronowe pomiędzy kanałem mikroprzepływowym a elektrodą detekcyjną.
V. Nowe scenariusze zastosowań
Baza sprzętu do obliczeń kwantowych
Wyzwania techniczne: Manipulacja kubitami wymaga ekstremalnie niskich temperatur (na poziomie mK) i niezwykle stabilnego środowiska mechanicznego.
Rozwiązanie: Niezwykle niska rozszerzalność cieplna granitu (wskaźnik rozszerzalności < 1 ppm od -200℃ do temperatury pokojowej) może odpowiadać charakterystyce kurczenia się nadprzewodzących magnesów o bardzo niskiej temperaturze, co gwarantuje dokładność ustawienia podczas pakowania układów scalonych kwantowych.
2. System litografii wiązką elektronów (EBL)
Kluczowe parametry: Właściwości izolacyjne platformy granitowej (rezystywność > 10¹³Ω · m) zapobiegają rozpraszaniu wiązki elektronów. W połączeniu z napędem wrzeciona elektrostatycznego umożliwia ona pisanie wzorów litograficznych o wysokiej precyzji z szerokością linii w skali nano (< 10 nm).
Streszczenie
Zastosowanie precyzyjnych platform granitowych rozszerzyło się od tradycyjnych maszyn precyzyjnych do najnowocześniejszych dziedzin, takich jak nanotechnologia, fizyka kwantowa i biomedycyna. Ich podstawowa konkurencyjność leży w głębokim sprzężeniu właściwości materiałów i wymagań inżynieryjnych. W przyszłości, dzięki integracji technologii wzmacniania kompozytów (takich jak nanokompozyty grafenowo-granitowe) i inteligentnych technologii czujników, platformy granitowe przebiją się w kierunku dokładności na poziomie atomowym, stabilności w pełnym zakresie temperatur i wielofunkcyjnej integracji, stając się podstawowymi komponentami wspierającymi następną generację produkcji ultraprecyzyjnej.
Czas publikacji: 28-05-2025