تحليل مزايا وعيوب استخدام قاعدة من الجرانيت لمنصة حركة هوائية عائمة ذات ضغط ثابت دقيق.

أولاً، مزايا قاعدة الجرانيت
صلابة عالية وتشوه حراري منخفض
تتميز الجرانيت بكثافة عالية (حوالي 2.6-2.8 جم/سم³)، ومعامل يونغ يصل إلى 50-100 جيجا باسكال، متجاوزًا بذلك بكثير معامل يونغ للمواد المعدنية العادية. هذه الصلابة العالية تُسهم بفعالية في كبح الاهتزازات الخارجية والتشوه الناتج عن الأحمال، وتضمن استواء دليل التعويم الهوائي. في الوقت نفسه، يتميز الجرانيت بمعامل تمدد خطي منخفض جدًا (حوالي 5×10⁻⁶/درجة مئوية)، أي ما يعادل ثلث معامل تمدد سبائك الألومنيوم، مما يجعله شبه خالٍ من التشوه الحراري في بيئات ذات تقلبات حرارية، وهو مناسب بشكل خاص للمختبرات ذات درجة الحرارة الثابتة أو المواقع الصناعية التي تشهد تباينًا كبيرًا في درجات الحرارة بين الليل والنهار.

أداء تخميد ممتاز
تُضفي البنية متعددة البلورات للجرانيت خصائص تخميد طبيعية، حيث يكون زمن تخميد الاهتزازات أسرع من الفولاذ بمقدار 3 إلى 5 مرات. في عمليات التشغيل الدقيق، يمتص الجرانيت بفعالية الاهتزازات عالية التردد، مثل بدء تشغيل المحرك وإيقافه، وقطع الأدوات، ويتجنب تأثير الرنين على دقة تحديد موضع المنصة المتحركة (قيمة نموذجية تصل إلى ±0.1 ميكرومتر).

استقرار الأبعاد على المدى الطويل
بعد مئات الملايين من السنين من العمليات الجيولوجية التي شكلت الجرانيت، تحررت إجهاداته الداخلية تمامًا، على عكس المواد المعدنية التي تعاني من إجهادات متبقية ناتجة عن التشوه البطيء. تُظهر البيانات التجريبية أن تغير حجم قاعدة الجرانيت أقل من 1 ميكرومتر/متر خلال فترة عشر سنوات، وهو أفضل بكثير من مثيله في هياكل الحديد الزهر أو الفولاذ الملحوم.

مقاوم للتآكل ولا يحتاج إلى صيانة
يتمتع الجرانيت بمقاومة عالية للأحماض والقلويات والزيوت والرطوبة وغيرها من العوامل البيئية، فلا حاجة لطلاء طبقة مقاومة للصدأ بشكل دوري كما هو الحال مع القاعدة المعدنية. بعد الصقل والتلميع، تصل خشونة السطح إلى 0.2 ميكرومتر أو أقل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام المباشر كسطح ارتكاز لقضيب التوجيه الهوائي، وبالتالي تقليل أخطاء التجميع.

ثانيًا، قيود قاعدة الجرانيت
صعوبة المعالجة ومشكلة التكلفة
يتميز الجرانيت بصلابة تتراوح بين 6 و7 على مقياس موس، مما يستلزم استخدام أدوات ماسية للطحن الدقيق، وبالتالي فإن كفاءة المعالجة لا تتجاوز خُمس كفاءة المواد المعدنية. كما أن التركيب المعقد للأخاديد المتداخلة والثقوب الملولبة وغيرها من خصائص الجرانيت تزيد من تكلفة المعالجة، وتستغرق دورة المعالجة وقتًا طويلاً (على سبيل المثال، تستغرق معالجة منصة بمساحة 2 متر × 1 متر أكثر من 200 ساعة)، مما يجعل التكلفة الإجمالية أعلى بنسبة 30% إلى 50% من تكلفة منصة سبائك الألومنيوم.

خطر الكسور الهشة
على الرغم من أن مقاومة الجرانيت للضغط قد تصل إلى 200-300 ميجا باسكال، إلا أن مقاومته للشد لا تتجاوز عُشر هذه المقاومة. لذا، يسهل حدوث كسر هش تحت تأثير الأحمال الصدمية الشديدة، ويصعب إصلاح الضرر الناتج. لذلك، من الضروري تجنب تركيز الإجهاد من خلال التصميم الإنشائي، كاستخدام وصلات ذات زوايا مستديرة، وزيادة عدد نقاط الدعم، وما إلى ذلك.

الوزن يفرض قيودًا على النظام
تبلغ كثافة الجرانيت 2.5 ضعف كثافة سبائك الألومنيوم، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في الوزن الإجمالي للمنصة. وهذا يفرض متطلبات أعلى على قدرة تحمل الهيكل الداعم، وقد يتأثر الأداء الديناميكي بمشاكل القصور الذاتي في الحالات التي تتطلب حركة عالية السرعة (مثل طاولة رقائق الطباعة الحجرية).

تباين الخواص المادية
يتسم توزيع جزيئات المعادن في الجرانيت الطبيعي بالاتجاهية، وتختلف صلابة ومعامل التمدد الحراري في المواقع المختلفة اختلافًا طفيفًا (حوالي ±5%). قد يُؤدي هذا إلى أخطاء ملحوظة في المنصات فائقة الدقة (مثل تحديد المواقع على المستوى النانوي)، والتي تتطلب تحسينًا من خلال اختيار دقيق للمواد ومعالجة متجانسة (مثل التكليس بدرجة حرارة عالية).
تُستخدم منصات الهواء العائمة ذات الضغط الساكن الدقيق، باعتبارها المكون الأساسي للمعدات الصناعية عالية الدقة، على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات، والمعالجة البصرية، والقياس الدقيق، وغيرها من المجالات. ويؤثر اختيار مادة القاعدة بشكل مباشر على استقرار المنصة ودقتها وعمرها الافتراضي. وقد أصبح الجرانيت (الجرانيت الطبيعي)، بخصائصه الفيزيائية الفريدة، مادة شائعة الاستخدام لقواعد هذه المنصات في السنوات الأخيرة.