تحلیل مزایا و معایب استفاده از پایه گرانیتی برای پلتفرم حرکتی شناور هوای فشار استاتیک دقیق

اول، مزایای پایه گرانیتی
استحکام بالا و تغییر شکل حرارتی کم
چگالی گرانیت بالا است (حدود ۲.۶-۲.۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب) و مدول یانگ آن می‌تواند به ۵۰ تا ۱۰۰ گیگاپاسکال برسد که بسیار بیشتر از مواد فلزی معمولی است. این استحکام بالا می‌تواند به طور موثری ارتعاش خارجی و تغییر شکل بار را مهار کند و صافی راهنمای شناور هوا را تضمین کند. در عین حال، ضریب انبساط خطی گرانیت بسیار پایین است (حدود ۵×۱۰⁻⁶/℃)، تنها ۱/۳ آلیاژ آلومینیوم، تقریباً هیچ تغییر شکل حرارتی در محیط نوسان دما ندارد، به خصوص برای آزمایشگاه‌های دمای ثابت یا صحنه‌های صنعتی با اختلاف دمای زیاد بین روز و شب مناسب است.

عملکرد میرایی عالی
ساختار پلی کریستالی گرانیت باعث می‌شود که دارای ویژگی‌های میرایی طبیعی باشد و زمان میرایی ارتعاش آن 3-5 برابر سریعتر از فولاد است. در فرآیند ماشینکاری دقیق، می‌تواند ارتعاشات فرکانس بالا مانند شروع و توقف موتور، برش ابزار را به طور موثر جذب کند و از تأثیر رزونانس بر دقت موقعیت‌یابی سکوی متحرک (مقدار معمول تا ±0.1μm) جلوگیری کند.

پایداری ابعادی بلندمدت
پس از صدها میلیون سال فرآیندهای زمین‌شناسی که گرانیت را تشکیل داده‌اند، تنش داخلی آن به طور کامل آزاد شده است، برخلاف مواد فلزی که به دلیل تنش پسماند ناشی از تغییر شکل آهسته ایجاد می‌شوند. داده‌های تجربی نشان می‌دهد که تغییر اندازه پایه گرانیت در طول دوره 10 ساله کمتر از 1μm/m است که به طور قابل توجهی بهتر از سازه‌های چدنی یا فولادی جوش داده شده است.

مقاوم در برابر خوردگی و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری
گرانیت در برابر اسید و قلیا، روغن، رطوبت و سایر عوامل محیطی مقاومت بالایی دارد و نیازی به پوشش لایه ضد زنگ به طور منظم مانند پایه فلزی نیست. پس از سنگ زنی و صیقل دادن، زبری سطح می‌تواند به Ra 0.2μm یا کمتر برسد که می‌تواند مستقیماً به عنوان سطح یاتاقان ریل راهنمای شناور هوا برای کاهش خطاهای مونتاژ استفاده شود.

دوم، محدودیت‌های پایه گرانیتی
دشواری پردازش و مشکل هزینه
گرانیت دارای سختی Mohs 6-7 است و برای سنگ زنی دقیق نیاز به استفاده از ابزارهای الماس دارد، راندمان پردازش تنها 1/5 مواد فلزی است. ساختار پیچیده شیار دم چلچله‌ای، سوراخ‌های رزوه‌دار و سایر ویژگی‌های آن، هزینه پردازش بالایی دارد و چرخه پردازش طولانی است (به عنوان مثال، پردازش پلتفرم 2m×1m بیش از 200 ساعت طول می‌کشد)، در نتیجه هزینه کلی 30 تا 50 درصد بیشتر از پلتفرم آلیاژ آلومینیوم است.

خطر شکستگی شکننده
اگرچه مقاومت فشاری می‌تواند به ۲۰۰ تا ۳۰۰ مگاپاسکال برسد، مقاومت کششی گرانیت تنها ۱/۱۰ آن است. شکستگی شکننده تحت بار ضربه‌ای شدید به راحتی رخ می‌دهد و تعمیر آسیب دشوار است. لازم است از طریق طراحی سازه، مانند استفاده از انتقال گوشه‌های گرد، افزایش تعداد نقاط تکیه‌گاه و غیره، از تمرکز تنش جلوگیری شود.

وزن، محدودیت‌های سیستم را به همراه دارد
چگالی گرانیت ۲.۵ برابر آلیاژ آلومینیوم است که منجر به افزایش قابل توجه وزن کلی سکو می‌شود. این امر نیاز به ظرفیت باربری بیشتری برای سازه نگهدارنده ایجاد می‌کند و عملکرد دینامیکی ممکن است تحت تأثیر مشکلات اینرسی در سناریوهایی که نیاز به حرکت با سرعت بالا دارند (مانند میز ویفر لیتوگرافی) قرار گیرد.

ناهمسانگردی مواد
توزیع ذرات معدنی گرانیت طبیعی جهت‌دار است و سختی و ضریب انبساط حرارتی موقعیت‌های مختلف کمی متفاوت است (حدود ±5%). این می‌تواند خطاهای غیرقابل چشم‌پوشی را برای پلتفرم‌های فوق دقیق (مانند موقعیت‌یابی در مقیاس نانو) ایجاد کند که باید با انتخاب دقیق مواد و عملیات همگن‌سازی (مانند کلسیناسیون در دمای بالا) بهبود یابند.
به عنوان جزء اصلی تجهیزات صنعتی با دقت بالا، سکوی شناور هوای فشار استاتیک دقیق به طور گسترده در تولید نیمه هادی، پردازش نوری، اندازه گیری دقیق و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب ماده پایه مستقیماً بر پایداری، دقت و عمر مفید سکو تأثیر می گذارد. گرانیت (گرانیت طبیعی) با خواص فیزیکی منحصر به فرد خود، در سال های اخیر به ماده ای محبوب برای چنین پایه های سکو تبدیل شده است.