Primeiro, as vantagens da base de granito
Alta rigidez e baixa deformação térmica
A densidade do granito é alta (cerca de 2,6-2,8 g/cm³) e o módulo de Young pode atingir 50-100 GPa, excedendo em muito o dos materiais metálicos comuns. Essa alta rigidez pode inibir eficazmente a vibração externa e a deformação da carga, além de garantir a planura da guia de flutuação de ar. Ao mesmo tempo, o coeficiente de expansão linear do granito é muito baixo (cerca de 5 × 10⁻⁶/°C), com apenas 1/3 da liga de alumínio, praticamente sem deformação térmica em ambientes com flutuação de temperatura, sendo especialmente adequado para laboratórios com temperatura constante ou ambientes industriais com grande diferença de temperatura entre o dia e a noite.
Excelente desempenho de amortecimento
A estrutura policristalina do granito confere-lhe características de amortecimento natural, e o tempo de atenuação da vibração é de 3 a 5 vezes mais rápido que o do aço. No processo de usinagem de precisão, pode absorver eficazmente vibrações de alta frequência, como partida e parada de motores e corte de ferramentas, e evitar a influência da ressonância na precisão do posicionamento da plataforma móvel (valor típico de até ±0,1 μm).
Estabilidade dimensional de longo prazo
Após centenas de milhões de anos de processos geológicos que formaram o granito, sua tensão interna foi completamente liberada, diferentemente dos materiais metálicos, devido à tensão residual causada pela deformação lenta. Os dados experimentais mostram que a variação de tamanho da base de granito é inferior a 1 μm/m durante o período de 10 anos, o que é significativamente melhor do que a de estruturas de ferro fundido ou aço soldado.
Resistente à corrosão e livre de manutenção
O granito possui alta tolerância a ácidos e álcalis, óleo, umidade e outros fatores ambientais, não havendo necessidade de aplicar a camada antiferrugem com a mesma regularidade da base metálica. Após o lixamento e o polimento, a rugosidade da superfície pode atingir Ra 0,2 μm ou menos, podendo ser utilizada diretamente como superfície de apoio do trilho-guia flutuante de ar, reduzindo erros de montagem.
Em segundo lugar, as limitações da base de granito
Problema de dificuldade e custo de processamento
O granito possui dureza Mohs de 6-7, exigindo o uso de ferramentas diamantadas para retificação de precisão, com eficiência de processamento de apenas 1/5 da dos materiais metálicos. A estrutura complexa da ranhura em cauda de andorinha, furos roscados e outras características, além de alto custo de processamento, e o ciclo de processamento é longo (por exemplo, o processamento de uma plataforma de 2m x 1m leva mais de 200 horas), resultando em um custo total 30% a 50% maior do que o da plataforma de liga de alumínio.
Risco de fratura frágil
Embora a resistência à compressão possa atingir 200-300 MPa, a resistência à tração do granito é de apenas 1/10 dela. A fratura frágil é fácil de ocorrer sob carga de impacto extrema, e os danos são difíceis de reparar. É necessário evitar a concentração de tensões por meio do projeto estrutural, como o uso de transições de cantos arredondados, o aumento do número de pontos de apoio, etc.
O peso traz limitações ao sistema
A densidade do granito é 2,5 vezes maior que a da liga de alumínio, resultando em um aumento substancial no peso total da plataforma. Isso exige mais da capacidade de carga da estrutura de suporte, e o desempenho dinâmico pode ser afetado por problemas de inércia em cenários que exigem movimentação em alta velocidade (como a mesa de wafers litográficos).
Anisotropia material
A distribuição das partículas minerais do granito natural é direcional, e a dureza e o coeficiente de expansão térmica das diferentes posições são ligeiramente diferentes (cerca de ± 5%). Isso pode introduzir erros não desprezíveis para plataformas de ultraprecisão (como posicionamento em nanoescala), que precisam ser aprimorados por meio de seleção rigorosa de materiais e tratamento de homogeneização (como calcinação em alta temperatura).
Como componente central de equipamentos industriais de alta precisão, a plataforma flutuante de ar de pressão estática de precisão é amplamente utilizada na fabricação de semicondutores, processamento óptico, medição de precisão e outras áreas. A escolha do material de base afeta diretamente a estabilidade, a precisão e a vida útil da plataforma. O granito (granito natural), com suas propriedades físicas únicas, tornou-se um material popular para essas bases de plataforma nos últimos anos.
Horário da publicação: 09/04/2025