Primeiramente, 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, muito superior ao de materiais metálicos comuns. Essa alta rigidez pode inibir eficazmente vibrações externas e deformações sob carga, garantindo a planicidade da guia de flutuação a ar. Ao mesmo tempo, o coeficiente de expansão linear do granito é muito baixo (cerca de 5×10⁻⁶/°C), apenas 1/3 do da liga de alumínio, praticamente sem deformação térmica em ambientes com flutuações 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 naturais de amortecimento, sendo o tempo de atenuação da vibração 3 a 5 vezes mais rápido do que o do aço. No processo de usinagem de precisão, o granito pode absorver eficazmente vibrações de alta frequência, como as causadas pela partida e parada do motor e pelo corte da ferramenta, evitando a influência da ressonância na precisão de posicionamento da plataforma móvel (valor típico de até ±0,1 μm).
Estabilidade dimensional a longo prazo
Após centenas de milhões de anos de processos geológicos que formaram o granito, sua tensão interna foi completamente liberada, diferentemente de materiais metálicos que apresentam tensão residual devido à lenta deformação. Os dados experimentais mostram que a variação dimensional da base de granito é inferior a 1 μm/m durante um período de 10 anos, o que é significativamente melhor do que o observado em estruturas de ferro fundido ou aço soldado.
Resistente à corrosão e sem necessidade de manutenção.
O granito apresenta alta tolerância a ácidos e álcalis, óleo, umidade e outros fatores ambientais, não necessitando de revestimento anticorrosivo com a mesma frequência que as bases metálicas. Após o retificação e polimento, a rugosidade superficial pode atingir Ra 0,2 μm ou menos, podendo ser utilizado diretamente como superfície de apoio da guia de flutuação a 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 a 7, exigindo o uso de ferramentas diamantadas para retificação de precisão, com uma eficiência de processamento de apenas 1/5 da de materiais metálicos. A estrutura complexa do encaixe tipo rabo de andorinha, furos roscados e outras características encarecem o processamento, e o ciclo de produção é longo (por exemplo, o processamento de uma plataforma de 2m×1m leva mais de 200 horas), resultando em um custo total 30% a 50% maior do que o de uma 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 apenas 1/10 disso. A fratura frágil ocorre facilmente sob cargas de impacto extremas, e os danos são difíceis de reparar. É necessário evitar a concentração de tensões por meio do projeto estrutural, como o uso de transições com cantos arredondados, o aumento do número de pontos de apoio, etc.
O peso impõe 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 impõe uma exigência maior à capacidade de carga da estrutura de suporte, e o desempenho dinâmico pode ser afetado por problemas de inércia em cenários que requerem movimentos de alta velocidade (como a mesa de litografia de wafers).
Anisotropia do material
A distribuição das partículas minerais do granito natural é direcional, e a dureza e o coeficiente de expansão térmica em diferentes posições variam ligeiramente (cerca de ±5%). Isso pode introduzir erros não desprezíveis em plataformas de ultraprecisão (como o posicionamento em nanoescala), que precisam ser minimizados por meio de uma seleção rigorosa de materiais e tratamento de homogeneização (como a calcinação em alta temperatura).
Como componente essencial de equipamentos industriais de alta precisão, a plataforma flutuante de ar com 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 bases de plataformas desse tipo nos últimos anos.
Data da publicação: 09/04/2025