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

عند بناء منصة عائمة هوائية دقيقة الضغط، يلعب اختيار القاعدة دورًا حاسمًا في الأداء العام للمنصة. تتميز قاعدة الجرانيت الدقيقة وقاعدة الحديد الزهر بخصائصهما الخاصة، وهناك اختلافات واضحة في الأبعاد الرئيسية، مثل الثبات، 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 لتشكيل بنية كثيفة وموحدة للغاية. لمواجهة التداخلات الخارجية، مثل الاهتزازات القوية الناتجة عن تشغيل المعدات الكبيرة في ورشة المصنع، يمكن لقاعدة الجرانيت حجب الاهتزازات وتخفيفها بفعالية بالاعتماد على بنيتها البلورية المعقدة، مما يقلل من سعة اهتزاز منصة الهواء العائمة ذات الضغط الساكن الدقيق بأكثر من 80%، مما يوفر أساسًا ثابتًا للمنصة لضمان حركة سلسة أثناء المعالجة أو الكشف عالي الدقة. على سبيل المثال، في عملية الطباعة الضوئية لتصنيع الرقائق الإلكترونية، يتم ضمان دقة توصيف أنماط الرقائق.
قاعدة الحديد الزهر مصبوبة من سبيكة الحديد والكربون، ويتوزع الجرافيت الداخلي على شكل صفائح أو كرات. على الرغم من قدرتها على امتصاص الاهتزازات، إلا أن تجانسها الهيكلي ليس جيدًا مقارنةً بالجرانيت. عند التعامل مع اهتزازات عالية الشدة ومتواصلة، يصعب على قاعدة الحديد الزهر خفض تداخل الاهتزازات إلى نفس المستوى المنخفض لقاعدة الجرانيت، مما قد يؤدي إلى انحرافات طفيفة في حركة منصة الهواء العائمة ذات الضغط الساكن الدقيق، مما يؤثر على دقة المنصة في العمليات فائقة الدقة.
ثانيًا، الاحتفاظ بالدقة: المزايا الطبيعية للتمدد المنخفض وتحدي التغير الحراري المعدني
يُعرف الجرانيت بمعامل تمدده الحراري المنخفض جدًا، والذي يتراوح عادةً بين 5 و7 ×10⁻⁶/℃. في ظل تقلبات درجات الحرارة، لا يتغير حجم قاعدة الجرانيت الدقيقة إلا قليلاً. في مجال علم الفلك، تُستخدم منصة العوامة الهوائية الهيدروستاتيكية الدقيقة لضبط عدسة التلسكوب بدقة مع قاعدة الجرانيت. حتى مع وجود فرق كبير في درجات الحرارة بين الليل والنهار، يضمن ذلك الحفاظ على دقة تحديد موقع العدسة عند مستوى دون الميكرون، مما يُمكّن علماء الفلك من رصد الديناميكيات الدقيقة للأجرام السماوية البعيدة.
معامل التمدد الحراري للحديد الزهر مرتفع نسبيًا، وعادةً ما يكون 10-20 × 10⁻⁶/℃. مع تغير درجة الحرارة، يتغير حجم قاعدة الحديد الزهر بشكل واضح، مما يُسبب تشوهًا حراريًا لمنصة عائمة دقيقة تعمل بالضغط الساكن، مما يؤدي إلى انخفاض دقة حركة المنصة. في عملية طحن العدسات البصرية الحساسة للحرارة، قد يؤدي تشوه قاعدة الحديد الزهر تحت تأثير درجة الحرارة إلى انحراف دقة طحن العدسة عن النطاق المسموح به، مما يؤثر على جودة العدسة.
ثالثا، المتانة: صلابة عالية من الحجر الطبيعي والتعب المعدني
يتميز الجرانيت بصلابة عالية، تصل إلى 6-7 على مقياس موس، كما يتميز بمقاومته الجيدة للتآكل. في مختبرات علوم المواد، تُستخدم منصات تعويم الهواء الدقيقة ذات الضغط الساكن بشكل متكرر، وتتميز قاعدتها الجرانيتية بمقاومة عالية للاحتكاك طويل الأمد، مقارنةً بالقواعد التقليدية، مما يُطيل دورة صيانة المنصة بأكثر من 50%، ويُقلل تكاليف صيانة المعدات، ويضمن استمرارية البحث العلمي. مع ذلك، فإن مادة الجرانيت هشة نسبيًا، وهناك خطر تمزقها في حال تعرضها لصدمة عرضية.
تتميز قاعدة الحديد الزهر بمتانة معينة، ولا تنكسر بسهولة عند تحمل قوة تأثير معينة. ومع ذلك، أثناء الحركة الترددية عالية التردد لمنصة عائمة هوائية دقيقة ذات ضغط ثابت لفترة طويلة، يكون الحديد الزهر عرضة للتلف الناتج عن التعب، مما يؤدي إلى تغييرات في الهيكل الداخلي، مما يؤثر على دقة الحركة واستقرار المنصة. في الوقت نفسه، يكون الحديد الزهر عرضة للصدأ والتآكل في البيئات الرطبة، مما يقلل من متانته، بينما تتميز قاعدة الجرانيت 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 معرضة للانهيار والتشقق وارتفاع معدل الخردة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التصنيع.
تُصنع قاعدة الحديد الزهر باستخدام عملية صب متطورة، مع توفر مصادر واسعة للمواد الخام، وتكلفة منخفضة نسبيًا. ويمكن تحقيق إنتاج ضخم وكفاءة إنتاج عالية من خلال القالب. ومع ذلك، لتحقيق نفس الدقة والثبات العاليين اللذين تتمتع بهما قاعدة الجرانيت، فإن متطلبات عملية الصب وما بعد المعالجة صارمة للغاية، وتتطلب معالجة دقيقة ومعالجة بالشيخوخة، وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة بشكل كبير.
باختصار، تتمتع قاعدة الجرانيت الدقيقة بمزايا كبيرة في سيناريوهات تطبيق منصة تعويم الهواء ذات الضغط الثابت الدقيق والتي تتطلب دقة عالية واستقرارًا ومقاومة للتآكل؛ تتمتع قاعدة الحديد الزهر بمزايا معينة في التكلفة والمتانة، وهي مناسبة للمناسبات التي تكون فيها متطلبات الدقة منخفضة نسبيًا، والسعي إلى فعالية التكلفة وبيئة الاهتزاز ودرجة الحرارة مستقرة نسبيًا.