تحليل مزايا وعيوب استخدام قاعدة الجرانيت لمنصة الحركة العائمة ذات الضغط الساكن الدقيق.

أولاً، مميزات قاعدة الجرانيت
صلابة عالية وتشوه حراري منخفض
كثافة الجرانيت عالية (حوالي 2.6-2.8 جم/سم³)، ويمكن أن يصل معامل يونغ إلى 50-100 جيجا باسكال، متجاوزًا بكثير معامل المواد المعدنية العادية. هذه الصلابة العالية تمنع بفعالية الاهتزازات الخارجية وتشوهات الأحمال، وتضمن استواء دليل الطفو الهوائي. في الوقت نفسه، معامل التمدد الخطي للجرانيت منخفض جدًا (حوالي 5 × 10⁻⁶/℃)، ويمثل ثلث سبائك الألومنيوم فقط، ويكاد يكون معدومًا في بيئات تقلبات درجات الحرارة، وهو مناسب بشكل خاص للمختبرات ذات درجة الحرارة الثابتة أو البيئات الصناعية ذات الاختلاف الكبير في درجات الحرارة بين الليل والنهار.

أداء تخميد ممتاز
يتميز الجرانيت بتركيبه متعدد البلورات، مما يمنحه خصائص تخميد طبيعية، وزمن تخفيف الاهتزاز أسرع من زمن الفولاذ بثلاث إلى خمس مرات. في عمليات التشغيل الدقيقة، يمتص الجرانيت بفعالية الاهتزازات عالية التردد، مثل تشغيل وإيقاف المحرك، وقطع الأدوات، ويتجنب تأثير الرنين على دقة تحديد موقع المنصة المتحركة (القيمة النموذجية تصل إلى ±0.1 ميكرومتر).

الاستقرار الأبعادي طويل الأمد
بعد مئات الملايين من السنين من العمليات الجيولوجية، تشكّل الجرانيت، وتحرر إجهاده الداخلي تمامًا، على عكس المواد المعدنية، بسبب الإجهاد المتبقي الناتج عن التشوه البطيء. تُظهر البيانات التجريبية أن التغير في حجم قاعدة الجرانيت أقل من ميكرومتر واحد/متر خلال فترة العشر سنوات، وهو أفضل بكثير من هياكل الحديد الزهر أو الفولاذ الملحوم.

مقاومة للتآكل ولا تحتاج إلى صيانة
يتمتع الجرانيت بمقاومة عالية للأحماض والقلويات والزيوت والرطوبة وعوامل بيئية أخرى، مما يُغني عن طلاء طبقة مقاومة الصدأ بانتظام كما هو الحال مع القاعدة المعدنية. بعد الطحن والتلميع، يمكن أن تصل خشونة السطح إلى Ra 0.2 ميكرومتر أو أقل، مما يُتيح استخدامه مباشرةً كسطح دعم لسكة توجيه الهواء العائم لتقليل أخطاء التجميع.

ثانياً، حدود قاعدة الجرانيت
مشكلة صعوبة المعالجة والتكلفة
يتمتع الجرانيت بصلابة موس تتراوح بين 6 و7، مما يتطلب استخدام أدوات ماسية لطحن دقيق، وكفاءة المعالجة لا تتجاوز خُمس كفاءة المواد المعدنية. كما أن البنية المعقدة لأخدود ذيل السنونو والثقوب الملولبة وغيرها من خصائص المعالجة تُسبب تكلفة عالية، ودورة معالجة طويلة (على سبيل المثال، تستغرق معالجة منصة 2 متر × 1 متر أكثر من 200 ساعة)، مما يجعل التكلفة الإجمالية أعلى بنسبة 30% إلى 50% من منصة سبائك الألومنيوم.

خطر الكسر الهش
على الرغم من أن قوة الضغط قد تصل إلى 200-300 ميجا باسكال، إلا أن قوة شد الجرانيت لا تتجاوز عُشرها. يسهل حدوث الكسر الهش تحت تأثير حمل صدمات شديد، ويصعب إصلاح الضرر. لذا، من الضروري تجنب تركيز الإجهاد من خلال التصميم الهيكلي، مثل استخدام زوايا دائرية، وزيادة عدد نقاط الدعم، وما إلى ذلك.

الوزن يجلب قيودًا على النظام
تبلغ كثافة الجرانيت ضعف كثافة سبائك الألومنيوم مرتين ونصف، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الوزن الإجمالي للمنصة. هذا يزيد من متطلبات قدرة تحمل هيكل الدعم، وقد يتأثر الأداء الديناميكي بمشاكل القصور الذاتي في الحالات التي تتطلب حركة عالية السرعة (مثل طاولة رقائق الطباعة الحجرية).

تباين المواد
يتميز توزيع جزيئات المعادن في الجرانيت الطبيعي بتوزيع اتجاهي، كما أن الصلابة ومعامل التمدد الحراري للمواضع المختلفة يختلفان اختلافًا طفيفًا (حوالي ±5%). قد يؤدي هذا إلى أخطاء جوهرية في المنصات فائقة الدقة (مثل تحديد المواقع على نطاق النانو)، والتي تحتاج إلى تحسين من خلال اختيار دقيق للمواد ومعالجة التجانس (مثل التكليس عالي الحرارة).
باعتبارها المكون الأساسي للمعدات الصناعية عالية الدقة، تُستخدم منصات الهواء العائمة عالية الدقة ذات الضغط الساكن على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات، والمعالجة البصرية، والقياس الدقيق، وغيرها من المجالات. يؤثر اختيار مادة القاعدة بشكل مباشر على استقرار المنصة ودقتها وعمرها الافتراضي. وقد أصبح الجرانيت (الجرانيت الطبيعي)، بخصائصه الفيزيائية الفريدة، مادة شائعة الاستخدام في قواعد هذه المنصات في السنوات الأخيرة.