Platformele de precizie din granit, cu rigiditatea lor ridicată, coeficientul de dilatare scăzut, performanța excelentă de amortizare și proprietățile antimagnetice naturale, au o valoare de aplicare de neînlocuit în domeniile producției de înaltă performanță și al cercetării științifice, unde precizia și stabilitatea sunt foarte solicitate. Următoarele sunt scenariile lor principale de aplicare și avantajele tehnice:
I. Domeniul echipamentelor de procesare de ultra-precizie
Echipamente de fabricație a semiconductorilor
Scenarii de aplicare: Masă pentru piese de lucru pentru mașini de litografie, bază pentru mașini de tăiat napolitane, platformă de poziționare a echipamentelor de ambalare.
Valoare tehnică:
Coeficientul de dilatare termică al granitului este de numai (0,5-1,0) ×10⁻⁶/℃, putând rezista fluctuațiilor de temperatură în timpul expunerii la nanoscală a mașinii de litografie (eroare de deplasare < 0,1 nm într-un mediu de ±0,1 ℃).
Structura internă cu micropori formează o amortizare naturală (raport de amortizare 0,05 până la 0,1), suprimând vibrațiile (amplitudine < 2 μm) în timpul tăierii la viteză mare de către mașina de tăiat cubulețe și asigurând că rugozitatea Ra a muchiei tăierii napolitane este mai mică de 1 μm.
2. Mașini de rectificat de precizie și mașini de măsurat în coordonate (CMM)
Caz de aplicare:
Baza mașinii de măsurat în trei coordonate adoptă o structură integrală din granit, cu o planeitate de ±0,5 μm/m. În combinație cu șina de ghidare plutitoare pe aer, se obține o precizie de mișcare la nivel nanometric (precizie de poziționare repetată ±0,1 μm).
Masa de lucru a mașinii de șlefuit optic adoptă o structură compozită din granit și oțel argintiu. La șlefuirea sticlei K9, ondulația suprafeței este mai mică de λ/20 (λ=632,8 nm), îndeplinind cerințele de procesare ultra-fină ale lentilelor laser.
Ii. Domeniul Opticii și Fotonicii
Telescoape astronomice și sisteme laser
Aplicații tipice:
Platforma de susținere a suprafeței de reflexie a radiotelescopului mare adoptă o structură de tip fagure de granit, care este ușoară ca greutate proprie (densitate 2,7 g/cm³) și are o rezistență puternică la vibrațiile vântului (deformare < 50 μm sub un vânt de 10 grade).
Platforma optică a interferometrului laser utilizează granit microporos. Reflectorul este fixat prin adsorbție în vid, cu o eroare de planeitate mai mică de 5 nm, asigurând stabilitatea experimentelor optice de ultra-precizie, cum ar fi detectarea undelor gravitaționale.
2. Prelucrarea de precizie a componentelor optice
Avantaje tehnice:
Permeabilitatea magnetică și conductivitatea electrică a platformei de granit sunt aproape de zero, evitând influența interferențelor electromagnetice asupra proceselor de precizie, cum ar fi lustruirea cu fascicul de ioni (IBF) și lustruirea magnetoreologică (MRF). Valoarea PV a preciziei formei suprafeței lentilei asfice prelucrate poate ajunge la λ/100.
Iii. Inspecție aerospațială și de precizie
Platformă de inspecție a componentelor aviatice
Scenarii de aplicare: Inspecția tridimensională a palelor de aeronave, măsurarea toleranțelor de formă și poziție ale componentelor structurale din aliaj de aluminiu pentru aviație.
Performanță cheie:
Suprafața platformei de granit este tratată prin coroziune electrolitică pentru a forma modele fine (cu o rugozitate Ra 0,4-0,8 μm), potrivite pentru sonde de declanșare de înaltă precizie, iar eroarea de detectare a profilului lamei este mai mică de 5 μm.
Poate rezista la o sarcină de peste 200 kg de componente de aviație, iar modificarea planeității după o utilizare pe termen lung este mai mică de 2 μm/m, îndeplinind cerințele de întreținere de precizie de Grad 10 din industria aerospațială.
2. Calibrarea componentelor de navigație inerțială
Cerințe tehnice: Calibrarea statică a dispozitivelor inerțiale, cum ar fi giroscoapele și accelerometrele, necesită o platformă de referință ultra-stabilă.
Soluție: Platforma din granit este combinată cu un sistem activ de izolare a vibrațiilor (frecvență naturală < 1Hz), realizând o calibrare de înaltă precizie a stabilității la decalaj zero a componentelor inerțiale < 0,01°/h într-un mediu cu accelerație a vibrațiilor < 1×10⁻⁴g.
IV. Nanotehnologie și Biomedicină
Platformă de microscop cu sondă de scanare (SPM)
Funcție principală: Fiind bază pentru microscopia cu forță atomică (AFM) și microscopia cu efect de tunelare (STM), trebuie izolată de vibrațiile mediului înconjurător și de deviația termică.
Indicatori de performanță:
Platforma din granit, în combinație cu picioarele pneumatice de izolare a vibrațiilor, poate reduce rata de transmisie a vibrațiilor externe (1-100Hz) la mai puțin de 5%, realizând imagistică la nivel atomic a AFM în mediul atmosferic (rezoluție < 0,1nm).
Sensibilitatea la temperatură este mai mică de 0,05 μm/℃, ceea ce îndeplinește cerințele pentru observarea la nanoscală a probelor biologice într-un mediu cu temperatură constantă (37 ℃ ± 0,1 ℃).
2. Echipamente de ambalare pentru biocipuri
Caz de aplicație: Platforma de aliniere de înaltă precizie pentru cipurile de secvențiere ADN adoptă șine de ghidare din granit plutitoare pe aer, cu o precizie de poziționare de ±0,5 μm, asigurând o legătură submicronică între canalul microfluidic și electrodul de detecție.
V. Scenarii de aplicații emergente
Baza de echipamente de calcul cuantic
Provocări tehnice: Manipularea qubitilor necesită temperaturi extrem de scăzute (nivelul mK) și un mediu mecanic ultrastabil.
Soluție: Proprietatea de dilatare termică extrem de scăzută a granitului (rata de dilatare < 1 ppm de la -200 ℃ la temperatura camerei) poate egala caracteristicile de contracție ale magneților supraconductori la temperatură ultra-scăzută, asigurând precizia alinierii în timpul ambalării cipurilor cuantice.
2. Sistem de litografie cu fascicul de electroni (EBL)
Performanță cheie: Proprietatea de izolare a platformei de granit (rezistivitate > 10¹³Ω · m) previne împrăștierea fasciculului de electroni. Combinată cu acționarea electrostatică a axului, se obține o scriere litografică de înaltă precizie cu o lățime a liniei la scară nanometrică (< 10 nm).
Rezumat
Aplicarea platformelor de precizie din granit s-a extins de la mașinile tradiționale de precizie la domenii de vârf precum nanotehnologia, fizica cuantică și biomedicina. Competitivitatea sa principală constă în cuplarea profundă dintre proprietățile materialelor și cerințele inginerești. În viitor, odată cu integrarea tehnologiilor de armare compozită (cum ar fi nanocompozitele grafen-granit) și a tehnologiilor inteligente de detectare, platformele de granit vor avansa în direcția preciziei la nivel atomic, a stabilității pe întregul interval de temperatură și a integrării multifuncționale, devenind componentele de bază principale care susțin următoarea generație de fabricație de ultra-precizie.
Data publicării: 28 mai 2025