وحدة حركة فائقة الدقة تعمل بنظام التعويم الهوائي: قاعدة دقيقة من الجرانيت وقاعدة من السيراميك.

في مجال التحكم فائق الدقة في الحركة، يعتمد أداء وحدة الحركة فائقة الدقة العائمة بالهواء اعتمادًا كبيرًا على خصائص قاعدتها. وتُعد القاعدة الجرانيتية الدقيقة والقاعدة الخزفية خيارين بارزين، ولكل منهما مزايا فريدة، مع وجود اختلافات واضحة في الاستقرار، والحفاظ على الدقة، والمتانة، وغيرها من الأبعاد الرئيسية.

الاستقرار: التماسك الطبيعي مقابل الدقة الاصطناعية
تشكّل الجرانيت على مدى فترة جيولوجية طويلة، ويتميز ببنية داخلية كثيفة ومتجانسة، حيث تتداخل المعادن كالكوارتز والفلسبار بشكل وثيق. في مواجهة التداخلات الخارجية، مثل الاهتزازات الناتجة عن تشغيل المعدات الكبيرة في الورشة، تعمل قاعدة الجرانيت، بفضل بنيتها البلورية المعقدة، على حجب هذه الاهتزازات وتخفيفها بفعالية، مما يقلل من سعة اهتزاز وحدة الحركة فائقة الدقة المنتقلة إلى نظام التعليق الهوائي بأكثر من 80%، موفرةً بذلك أساسًا تشغيليًا مستقرًا للوحدة، لضمان حركتها بسلاسة أثناء عمليات المعالجة أو الكشف عالية الدقة.
تُصنع القاعدة الخزفية من خلال عملية تصنيع متطورة، وتتميز بتجانس هيكلي داخلي ممتاز. تتميز البنية المجهرية لبعض المواد الخزفية عالية الأداء بشبه الكمال، مما يُسهم في توفير تأثير تخميد فعال للاهتزازات. في بعض أجهزة الفحص البصري شديدة الحساسية للاهتزازات، تُسهم القاعدة الخزفية في كبح تداخل الاهتزازات ضمن نطاق ضيق جدًا، مما يضمن دقة حركة وحدة الحركة فائقة الدقة للعوامة الهوائية. مع ذلك، في مواجهة الاهتزازات واسعة النطاق وعالية الشدة، يكون استقرارها العام أقل قليلًا من استقرار القاعدة الجرانيتية.
الحفاظ على الدقة: الميزة الطبيعية للتمدد المنخفض والمعجزة الاصطناعية لثبات درجة الحرارة العالية
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. على سبيل المثال، في مجال علم الفلك، تُستخدم قاعدة الجرانيت مع وحدة الحركة فائقة الدقة لضبط عدسة التلسكوب بدقة متناهية، حتى في البيئات التي يكون فيها فرق درجة الحرارة بين الليل والنهار كبيرًا، مما يضمن الحفاظ على دقة تحديد موضع العدسة عند مستوى دون الميكرون، ويساعد علماء الفلك على رصد التغيرات الدقيقة للأجرام السماوية البعيدة.

تتميز المواد الخزفية بثباتها العالي في درجات الحرارة المرتفعة وانخفاض معامل تمددها الحراري، حتى أن معامل التمدد الحراري لبعض أنواع الخزف الخاصة قد يصل إلى الصفر تقريبًا. في ظل درجات الحرارة المرتفعة أو التغيرات السريعة في درجة الحرارة، تحافظ القاعدة الخزفية على حجمها الثابت، مما يضمن عدم تأثر دقة حركة وحدة الحركة فائقة الدقة في نظام العوامة الهوائية. في عملية الطباعة الحجرية لتصنيع رقائق أشباه الموصلات، يتطلب تشغيل معدات الطباعة الحجرية بيئة عالية الدقة، وتحافظ القاعدة الخزفية على دقة تحديد موضع الوحدة في بيئة الحرارة العالية الناتجة عن المعدات، ما يلبي المتطلبات الصارمة لتصنيع الرقائق بدقة متناهية على المستوى النانوي.
المتانة: صلابة عالية للخامات الطبيعية ومواد اصطناعية مقاومة للتآكل
يتميز الجرانيت بصلابة عالية، حيث تصل صلابته على مقياس موس إلى 6-7، كما يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل. في مختبرات علوم المواد، تُستخدم وحدة الحركة فائقة الدقة ذات العوامة الهوائية بشكل متكرر، حيث تُسهم قاعدتها الجرانيتية في مقاومة الاحتكاك طويل الأمد لمنزلق العوامة الهوائية بفعالية. وبالمقارنة مع القواعد المصنوعة من مواد أخرى، يُمكن للجرانيت إطالة دورة صيانة الوحدة بأكثر من 50%، مما يُقلل بشكل كبير من تكلفة صيانة المعدات، ويضمن استمرارية العمل البحثي العلمي.
لا تتميز المواد الخزفية بصلابتها العالية فحسب، بل تتمتع أيضًا بمقاومة ممتازة للتآكل. في بعض البيئات الصناعية التي تنطوي على خطر التآكل الكيميائي، مثل وحدة الحركة فائقة الدقة في جهاز اختبار المنتجات الكيميائية، يمكن للقاعدة الخزفية مقاومة تآكل الغازات أو السوائل المسببة للتآكل، والحفاظ على سلامة سطحها وخصائصها الميكانيكية لفترة طويلة، كما أن متانتها تفوق متانة القاعدة الجرانيتية في بعض البيئات القاسية.
تكلفة التصنيع وصعوبة المعالجة: تحديات استخراج ومعالجة الأحجار الطبيعية والعتبة التقنية للتخليق الاصطناعي
تُعدّ عملية استخراج ونقل المواد الخام من الجرانيت عملية معقدة، وتتطلب معالجتها معدات وتقنيات متطورة للغاية. ونظرًا لصلابته العالية وهشاشته، فإنه عرضة لمشاكل مثل انهيار الحواف والتشققات أثناء عمليات القطع والطحن والتلميع وغيرها، كما أن نسبة الخردة مرتفعة نسبيًا، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التصنيع.
تعتمد صناعة القواعد الخزفية على تقنيات تصنيع متطورة ودقيقة، بدءًا من تحضير المواد الخام، مرورًا بالتشكيل، وصولًا إلى التلبيد، حيث تتطلب كل خطوة تحكمًا دقيقًا. يُعد الاستثمار الأولي في تطوير وإنتاج القواعد الخزفية عالية الأداء ضخمًا، كما أن المتطلبات التقنية عالية، ولكن بمجرد الوصول إلى الإنتاج على نطاق واسع، يُتوقع التحكم الفعال في التكلفة، مما يمنحها إمكانات اقتصادية في التطبيقات المتطورة.
بشكل عام، تتميز قواعد الجرانيت الدقيقة بثباتها العالي ومتانتها التقليدية، بينما تتمتع القواعد الخزفية بمزايا فريدة في التكيف مع بيئات درجات الحرارة القصوى ومقاومتها للتآكل. ويجب أن يستند اختيار القاعدة إلى سيناريو التطبيق المحدد، والظروف البيئية، والميزانية المخصصة لوحدة الحركة فائقة الدقة ذات نظام التعويم الهوائي.