منصة عائمة هوائية هيدروستاتيكية دقيقة: مقارنة عمق قاعدة الجرانيت الدقيقة وقاعدة الحديد الزهر.

في بناء منصات العوامات الهوائية ذات الضغط الساكن الدقيق، يلعب اختيار القاعدة دورًا حاسمًا في الأداء العام للمنصة. تتميز القاعدة الجرانيتية الدقيقة والقاعدة المصنوعة من الحديد الزهر بخصائصها الفريدة، وتوجد اختلافات واضحة في الأبعاد الرئيسية مثل الاستقرار، ودقة الصيانة، والمتانة، والتكلفة.
أولاً، الاستقرار: بنية طبيعية كثيفة ومعدنية
بعد ملايين السنين من التغيرات الجيولوجية، يتحد الجرانيت بشكل وثيق مع الكوارتز والفلسبار ومعادن أخرى ليشكل بنية كثيفة ومتجانسة للغاية. في مواجهة التداخلات الخارجية، مثل الاهتزازات القوية الناتجة عن تشغيل المعدات الكبيرة في ورشة المصنع، تستطيع قاعدة الجرانيت حجب هذه الاهتزازات وتخفيفها بفعالية بفضل بنيتها البلورية المعقدة، مما يقلل من سعة اهتزاز منصة الرفع الهوائية ذات الضغط الساكن الدقيق بأكثر من 80%، موفرةً بذلك أساسًا تشغيليًا مستقرًا للمنصة لضمان حركة سلسة أثناء عمليات المعالجة أو الكشف عالية الدقة. على سبيل المثال، في عملية الطباعة الضوئية لتصنيع الرقائق الإلكترونية، تضمن هذه القاعدة دقة عالية في تحديد خصائص أنماط الرقائق.
تُصنع قاعدة الحديد الزهر من سبيكة الحديد والكربون، ويتوزع الجرافيت الداخلي فيها على شكل صفائح أو كرات. ورغم قدرتها على امتصاص الاهتزازات، إلا أن تجانسها البنيوي لا يُضاهي تجانس الجرانيت. فعند التعامل مع اهتزازات عالية الشدة ومستمرة، يصعب على قاعدة الحديد الزهر خفض تداخل الاهتزازات إلى نفس مستوى انخفاض قاعدة الجرانيت، مما قد يؤدي إلى انحرافات طفيفة في حركة منصة الرفع الهوائية ذات الضغط الساكن الدقيق، ويؤثر على دقة أداء المنصة في العمليات فائقة الدقة.
ثانيًا، الحفاظ على الدقة: المزايا الطبيعية للتمدد المنخفض وتحدي التغير الحراري للمعادن
يُعرف الجرانيت بمعامل تمدده الحراري المنخفض للغاية، والذي يتراوح عادةً بين 5 و7 × 10⁻⁶/درجة مئوية. في بيئة ذات تقلبات حرارية، لا يتغير حجم قاعدة الجرانيت الدقيقة إلا قليلاً. في مجال علم الفلك، تُستخدم قاعدة الجرانيت مع منصة العوامة الهوائية الهيدروستاتيكية الدقيقة لضبط عدسة التلسكوب بدقة متناهية، حتى مع وجود فرق كبير في درجات الحرارة بين الليل والنهار، مما يضمن الحفاظ على دقة تحديد موضع العدسة عند مستوى دون الميكرون، ويساعد علماء الفلك على رصد أدق تفاصيل حركة الأجرام السماوية البعيدة.
معامل التمدد الحراري للحديد الزهر مرتفع نسبيًا، ويتراوح عادةً بين 10 و20 × 10⁻⁶/درجة مئوية. عند تغير درجة الحرارة، يتغير حجم قاعدة الحديد الزهر بشكل ملحوظ، مما قد يُسبب تشوهًا حراريًا لمنصة الرفع الهوائية الدقيقة ذات الضغط الساكن، وبالتالي انخفاض دقة حركتها. في عملية طحن العدسات البصرية الحساسة للحرارة، قد يؤدي تشوه قاعدة الحديد الزهر بفعل الحرارة إلى انحراف دقة طحن العدسة عن النطاق المسموح به، مما يؤثر سلبًا على جودتها.
ثالثًا، المتانة: الصلابة العالية للحجر الطبيعي ومقاومة إجهاد المعدن
يتميز الجرانيت بصلابة عالية، حيث تصل صلابته على مقياس موس إلى 6-7، كما أنه يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل. في مختبرات علوم المواد، تُستخدم منصة التعويم الهوائي ذات الضغط الساكن الدقيق بشكل متكرر، حيث تُسهم قاعدتها الجرانيتية في مقاومة فقدان الاحتكاك على المدى الطويل، مما يُطيل دورة صيانة المنصة بأكثر من 50% مقارنةً بالقواعد العادية، ويُقلل تكاليف صيانة المعدات، ويضمن استمرارية العمل البحثي العلمي. مع ذلك، فإن مادة الجرانيت هشة نسبيًا، مما يُعرضها لخطر الكسر عند تعرضها لصدمة عرضية.
تتمتع قاعدة الحديد الزهر بصلابة معينة، فهي لا تنكسر بسهولة عند تعرضها لقوة صدم معينة. مع ذلك، وخلال الحركة الترددية عالية التردد لمنصة الرفع الهوائية الدقيقة ذات الضغط الساكن لفترات طويلة، يصبح الحديد الزهر عرضة للتلف الناتج عن الإجهاد، مما يؤدي إلى تغيرات في بنيته الداخلية، ويؤثر على دقة الحركة واستقرار المنصة. في الوقت نفسه، يكون الحديد الزهر عرضة للصدأ والتآكل في البيئات الرطبة، مما يقلل من متانته، في حين أن قاعدة الجرانيت تتميز بمقاومة أفضل للتآكل.
رابعًا، تكلفة التصنيع وصعوبة المعالجة: تحديات استخراج ومعالجة الأحجار الطبيعية وعتبة عملية صب المعادن
يُعدّ استخراج ونقل المواد الخام من الجرانيت عملية معقدة، وتتطلب معالجتها معدات وتقنيات متطورة للغاية. ونظرًا لصلابته العالية وهشاشته، فإن عمليات القطع والطحن والتلميع وغيرها من العمليات تجعله عرضة للانهيار والتشقق، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الخردة، وبالتالي ارتفاع تكاليف التصنيع.
تُصنع قاعدة الحديد الزهر باستخدام عملية صب متطورة، ومصادر وفيرة للمواد الخام، وتكلفة منخفضة نسبيًا. وبفضل القالب، يُمكن تحقيق إنتاج ضخم بكفاءة عالية. مع ذلك، وللحصول على نفس الدقة والاستقرار العاليين لقاعدة الجرانيت، تُصبح عملية الصب ومتطلبات المعالجة اللاحقة صارمة للغاية، وتتطلب عمليات تشغيل دقيقة ومعالجة حرارية، مما يزيد التكلفة بشكل ملحوظ.
باختصار، تتمتع قاعدة الجرانيت الدقيقة بمزايا كبيرة في سيناريوهات تطبيق منصة العوامة الهوائية ذات الضغط الساكن الدقيق التي تتطلب دقة عالية واستقرارًا ومقاومة للتآكل؛ أما قاعدة الحديد الزهر فلها مزايا معينة من حيث التكلفة والمتانة، وهي مناسبة للحالات التي تكون فيها متطلبات الدقة منخفضة نسبيًا، والسعي لتحقيق فعالية التكلفة، وبيئة الاهتزاز ودرجة الحرارة مستقرة نسبيًا.