Plataformas de precisão em granito, com sua alta rigidez, baixo coeficiente de expansão, excelente desempenho de amortecimento e propriedades antimagnéticas naturais, têm valor de aplicação insubstituível em áreas de manufatura de ponta e pesquisa científica, onde precisão e estabilidade são altamente exigidas. A seguir, seus principais cenários de aplicação e vantagens técnicas:
I. Campo de equipamentos de processamento de ultraprecisão
Equipamentos de fabricação de semicondutores
Cenários de aplicação: Mesa de peças de máquina de litografia, base de máquina de corte de wafers, plataforma de posicionamento de equipamentos de embalagem.
Valor técnico:
O coeficiente de expansão térmica do granito é de apenas (0,5-1,0) ×10⁻⁶/℃, o que pode resistir à flutuação de temperatura durante a exposição em nanoescala da máquina de litografia (erro de deslocamento < 0,1 nm em um ambiente de ±0,1℃).
A estrutura interna de microporos forma um amortecimento natural (taxa de amortecimento de 0,05 a 0,1), suprimindo a vibração (amplitude < 2μm) durante o corte de alta velocidade pela máquina de corte em cubos e garantindo que a rugosidade da borda Ra do corte do wafer seja menor que 1μm.
2. Máquinas de retificação de precisão e máquinas de medição por coordenadas (CMM)
Caso de aplicação:
A base da máquina de medição de três coordenadas adota uma estrutura integral de granito, com planura de ±0,5 μm/m. Combinada com o trilho-guia flutuante, ela atinge precisão de movimento em nível nanométrico (precisão de posicionamento repetido de ±0,1 μm).
A mesa de trabalho da retificadora óptica adota uma estrutura composta de granito e aço prateado. Ao retificar vidro K9, a ondulação da superfície é inferior a λ/20 (λ=632,8 nm), atendendo aos requisitos de processamento ultrassuave de lentes laser.
Ii. Campo de Óptica e Fotônica
Telescópios astronômicos e sistemas de laser
Aplicações típicas:
A plataforma de suporte da superfície de reflexão do grande radiotelescópio adota uma estrutura de favo de mel de granito, que é leve em peso próprio (densidade 2,7 g/cm³) e tem forte resistência à vibração do vento (deformação < 50 μm sob um vento de 10 níveis).
A plataforma óptica do interferômetro a laser utiliza granito microporoso. O refletor é fixado por adsorção a vácuo, com erro de planura inferior a 5 nm, garantindo a estabilidade de experimentos ópticos de ultraprecisão, como a detecção de ondas gravitacionais.
2. Processamento de componentes ópticos de precisão
Vantagens técnicas:
A permeabilidade magnética e a condutividade elétrica da plataforma de granito são próximas de zero, evitando a influência da interferência eletromagnética em processos de precisão, como polimento por feixe de íons (IBF) e polimento magnetoreológico (MRF). O valor PV da precisão da forma da superfície da lente asfical processada pode atingir λ/100.
Iii. Inspeção Aeroespacial e de Precisão
Plataforma de inspeção de componentes de aviação
Cenários de aplicação: Inspeção tridimensional de pás de aeronaves, medição de tolerâncias de forma e posição de componentes estruturais de liga de alumínio de aviação.
Desempenho principal:
A superfície da plataforma de granito é tratada por corrosão eletrolítica para formar padrões finos (com uma rugosidade de Ra 0,4-0,8 μm), adequados para sondas de gatilho de alta precisão, e o erro de detecção do perfil da lâmina é inferior a 5 μm.
Ele pode suportar uma carga de mais de 200 kg de componentes de aviação, e a mudança de planura após uso prolongado é inferior a 2 μm/m, atendendo aos requisitos de manutenção de precisão de Grau 10 na indústria aeroespacial.
2. Calibração de componentes de navegação inercial
Requisitos técnicos: A calibração estática de dispositivos inerciais, como giroscópios e acelerômetros, requer uma plataforma de referência ultraestável.
Solução: A plataforma de granito é combinada com um sistema de isolamento de vibração ativo (frequência natural < 1 Hz), alcançando calibração de alta precisão da estabilidade de deslocamento zero de componentes inerciais < 0,01°/h em um ambiente com aceleração de vibração < 1×10⁻⁴g.
Iv. Nanotecnologia e Biomedicina
Plataforma de microscópio de sonda de varredura (SPM)
Função principal: como base para microscopia de força atômica (AFM) e microscopia de tunelamento de varredura (STM), ele precisa ser isolado de vibrações ambientais e deriva térmica.
Indicadores de desempenho:
A plataforma de granito, em combinação com pernas de isolamento de vibração pneumática, pode reduzir a taxa de transmissão de vibrações externas (1-100 Hz) para menos de 5%, obtendo imagens de AFM em nível atômico no ambiente atmosférico (resolução < 0,1 nm).
A sensibilidade à temperatura é inferior a 0,05 μm/℃, o que atende aos requisitos para observação em nanoescala de amostras biológicas em um ambiente de temperatura constante (37℃±0,1℃).
2. Equipamento de embalagem de biochip
Caso de aplicação: A plataforma de alinhamento de alta precisão para chips de sequenciamento de DNA adota trilhos-guia flutuantes de granito, com uma precisão de posicionamento de ±0,5 μm, garantindo ligação submicrônica entre o canal microfluídico e o eletrodo de detecção.
V. Cenários de aplicação emergentes
Base de equipamentos de computação quântica
Desafios técnicos: a manipulação de qubits requer temperaturas extremamente baixas (nível mK) e um ambiente mecânico ultraestável.
Solução: A propriedade de expansão térmica extremamente baixa do granito (taxa de expansão < 1 ppm de -200 ℃ até a temperatura ambiente) pode corresponder às características de contração de ímãs supercondutores de temperatura ultrabaixa, garantindo a precisão do alinhamento durante o empacotamento de chips quânticos.
2. Sistema de litografia por feixe de elétrons (EBL)
Desempenho principal: A propriedade isolante da plataforma de granito (resistividade > 10¹³Ω · m) previne o espalhamento do feixe de elétrons. Combinado com o acionamento eletrostático do fuso, ele alcança a escrita de padrões litográficos de alta precisão com uma espessura de linha em nanoescala (< 10 nm).
Resumo
A aplicação de plataformas de precisão em granito expandiu-se de máquinas de precisão tradicionais para campos de ponta, como nanotecnologia, física quântica e biomedicina. Sua principal competitividade reside na profunda integração entre propriedades do material e requisitos de engenharia. No futuro, com a integração de tecnologias de reforço compósito (como nanocompósitos de grafeno-granito) e tecnologias de sensoriamento inteligente, as plataformas de granito avançarão em direção à precisão em nível atômico, estabilidade em toda a faixa de temperatura e integração multifuncional, tornando-se os principais componentes básicos que suportam a próxima geração de fabricação de ultraprecisão.
Horário de publicação: 28 de maio de 2025