Na fabricação de precisão, em testes de pesquisa científica e em outras áreas que exigem alta precisão, as plataformas flutuantes de ar com pressão estática desempenham um papel fundamental. A escolha da base da plataforma, assim como a escolha da pedra fundamental de um edifício, está diretamente relacionada ao seu desempenho. Bases de granito e bases de fundição mineral são duas opções populares, cada uma com suas próprias vantagens. A seguir, apresentamos uma comparação detalhada entre elas.
Estabilidade: Diferença entre cristalização natural e compósitos artificiais
A base de precisão em granito, formada após milhões de anos de transformações geológicas, apresenta cristais internos de quartzo, feldspato e outros minerais compactos, resultando em uma estrutura extremamente densa e uniforme. Diante de interferências externas, como a vibração gerada pela operação de equipamentos de grande porte ao redor, a base de granito atua como um escudo sólido, bloqueando e atenuando eficazmente o impacto. Ela pode reduzir a amplitude da vibração da plataforma flutuante de ar comprimido de precisão em mais de 80%, proporcionando uma base sólida e estável para a movimentação de alta precisão da plataforma. Em uma fábrica de chips semicondutores, o processo de litografia exige alta estabilidade da plataforma, e a base de granito garante a operação precisa do equipamento de litografia, auxilia na gravação precisa do padrão do chip e melhora significativamente o rendimento da fabricação.
A base de fundição mineral é feita de partículas minerais misturadas com um aglutinante especial. Sua estrutura interna é uniforme e possui certas características de amortecimento de vibrações. Em condições de vibração geral, ela proporciona um ambiente de trabalho relativamente estável para a plataforma. No entanto, diante de vibrações contínuas e de alta intensidade, a capacidade de atenuação de vibrações da base de fundição mineral é ligeiramente insuficiente em comparação com a base de granito, o que pode levar a um pequeno desvio no movimento da plataforma e afetar a precisão de operações de ultraprecisão.
Retenção de precisão: o equilíbrio entre as vantagens naturais e o controle artificial da baixa expansão.
O granito é conhecido por seu baixíssimo coeficiente de expansão térmica, geralmente entre 5 e 7 × 10⁻⁶/°C. Em um ambiente de temperatura variável, a dimensão da base de precisão de granito sofre pouca alteração. No campo da astronomia, a plataforma de flutuação a ar com pressão estática de precisão, utilizada para o ajuste fino das lentes de telescópios, é combinada com a base de granito. Mesmo com uma diferença significativa de temperatura entre o dia e a noite, essa plataforma garante que a precisão de posicionamento da lente seja mantida em nível submicrométrico, auxiliando os astrônomos a capturar as sutis mudanças de corpos celestes distantes.
Na formulação de materiais para fundição mineral, as características de expansão térmica podem ser otimizadas e controladas, e o coeficiente de expansão térmica pode ser próximo ou até mesmo superior ao do granito, ajustando-se a proporção de minerais e aglomerantes. Em alguns equipamentos de medição de alta precisão e sensíveis à temperatura, a base de fundição mineral pode manter dimensões estáveis mesmo com variações de temperatura, garantindo a precisão do movimento da plataforma. No entanto, a base de fundição mineral é afetada por fatores como o envelhecimento do aglomerante, e a estabilidade da precisão a longo prazo precisa ser melhor avaliada.
Durabilidade: Características de alta dureza da pedra natural e materiais compósitos resistentes à fadiga.
A dureza do granito é alta, podendo atingir 6-7 na escala de Mohs, apresentando boa resistência ao desgaste. Em laboratórios de ciência dos materiais, a plataforma de flutuação a ar de pressão estática de precisão, frequentemente utilizada, possui uma base de granito que resiste eficazmente à perda por atrito a longo prazo. Comparada a bases comuns, essa base permite estender o ciclo de manutenção da plataforma em mais de 50%, reduzindo os custos de manutenção do equipamento e garantindo a continuidade das pesquisas científicas. No entanto, o granito é um material relativamente frágil e quebradiço em caso de impacto acidental.
A base de fundição mineral possui excelentes características antifadiga, resistindo eficazmente a danos por fadiga e mantendo a integridade estrutural durante o movimento alternado de alta frequência e longa duração de uma plataforma flutuante de ar de pressão estática de precisão. Ao mesmo tempo, apresenta certa resistência a produtos químicos em geral e, em ambientes com baixo risco de corrosão química, é mais durável que uma base de granito. No entanto, em ambientes extremos, como alta umidade, o aglomerante da base de fundição mineral pode ser afetado, reduzindo sua durabilidade.
Custo de fabricação e dificuldade de processamento: desafios da pedra natural e limites da fundição artificial
A extração e o transporte de granito como matéria-prima são complexos, e o processamento exige equipamentos e tecnologia de ponta. Devido à sua alta dureza e fragilidade, o granito é propenso a problemas como quebra de bordas e fissuras durante os processos de corte, retificação, polimento e outros, resultando em uma taxa de refugo relativamente alta e, consequentemente, em custos de produção elevados.
A fabricação de bases para fundição mineral requer um molde e um processo específicos, e o custo inicial de desenvolvimento do molde é elevado. No entanto, uma vez formado o molde, a produção em massa pode ser alcançada, reduzindo o custo unitário. Seu processo de processamento é relativamente simples em comparação com o granito, permitindo atingir requisitos de maior precisão por meio de usinagem mecânica, o que lhe confere potencial de custo-benefício em aplicações de grande escala.
Data da publicação: 10 de abril de 2025