Analyse der Vor- und Nachteile der Verwendung von Granit als Fundament für eine präzise, ​​statisch druckluftbetriebene, schwebende Bewegungsplattform.

Zunächst die Vorteile eines Granitfundaments
Hohe Steifigkeit und geringe thermische Verformung
Granit besitzt eine hohe Dichte (ca. 2,6–2,8 g/cm³) und einen Elastizitätsmodul von 50–100 GPa, der den von herkömmlichen Metallen deutlich übertrifft. Diese hohe Steifigkeit hemmt effektiv äußere Vibrationen und Verformungen durch Lasten und gewährleistet die Planlage der Luftführung. Gleichzeitig ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von Granit sehr gering (ca. 5 × 10⁻⁶/℃) und beträgt nur ein Drittel des Wertes von Aluminiumlegierungen. Dadurch ist die thermische Verformung in Umgebungen mit Temperaturschwankungen nahezu vernachlässigbar, was Granit besonders geeignet für Labore mit konstanter Temperatur oder industrielle Anwendungen mit großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht macht.

Hervorragende Dämpfungsleistung
Die polykristalline Struktur von Granit verleiht ihm natürliche Dämpfungseigenschaften, wodurch die Schwingungsdämpfung 3- bis 5-mal schneller ist als bei Stahl. Bei der Präzisionsbearbeitung kann er hochfrequente Schwingungen, wie sie beispielsweise beim An- und Stoppen von Motoren oder beim Werkzeugschnitt auftreten, effektiv absorbieren und den Einfluss von Resonanz auf die Positioniergenauigkeit der beweglichen Plattform vermeiden (typischer Wert bis zu ±0,1 μm).

Langzeit-Dimensionsstabilität
Nachdem Granit über Hunderte von Millionen Jahren durch geologische Prozesse entstanden ist, hat er seine inneren Spannungen vollständig abgebaut – anders als Metalle, bei denen durch langsame Verformung Restspannungen entstehen. Die experimentellen Daten zeigen, dass die Größenänderung des Granitfundaments im Laufe von zehn Jahren weniger als 1 μm/m beträgt, was deutlich besser ist als bei Gusseisen- oder Stahlkonstruktionen.

Korrosionsbeständig und wartungsfrei
Granit ist gegenüber Säuren, Laugen, Öl, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen äußerst beständig. Daher ist eine regelmäßige Rostschutzbeschichtung, wie sie bei Metallen üblich ist, nicht erforderlich. Nach dem Schleifen und Polieren erreicht die Oberflächenrauheit Ra 0,2 μm oder weniger. Dadurch eignet sich Granit ideal als Auflagefläche für die Luftfederführungsschiene und reduziert Montagefehler.

Zweitens, die Einschränkungen des Granitfundaments
Verarbeitungsschwierigkeiten und Kostenproblem
Granit hat eine Mohs-Härte von 6–7 und erfordert daher den Einsatz von Diamantwerkzeugen für präzises Schleifen. Die Bearbeitungseffizienz beträgt nur ein Fünftel der von Metallen. Die komplexe Struktur der Schwalbenschwanznut, Gewindebohrungen und anderer Merkmale verursacht hohe Bearbeitungskosten und einen langen Bearbeitungszyklus (beispielsweise dauert die Bearbeitung einer 2 m × 1 m großen Plattform über 200 Stunden). Dadurch sind die Gesamtkosten 30–50 % höher als bei einer Plattform aus Aluminiumlegierung.

Risiko von Sprödbrüchen
Obwohl die Druckfestigkeit 200–300 MPa erreichen kann, beträgt die Zugfestigkeit von Granit nur ein Zehntel davon. Unter extremer Stoßbelastung tritt leicht Sprödbruch auf, und die Schäden sind schwer zu reparieren. Daher ist es notwendig, Spannungsspitzen durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen zu vermeiden, beispielsweise durch abgerundete Eckübergänge und eine Erhöhung der Anzahl der Auflagepunkte.

Gewicht bedingt Systembeschränkungen.
Die Dichte von Granit ist 2,5-mal so hoch wie die von Aluminiumlegierungen, was zu einer erheblichen Erhöhung des Gesamtgewichts der Plattform führt. Dies stellt höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit der Trägerkonstruktion, und die dynamische Leistungsfähigkeit kann in Szenarien, die schnelle Bewegungen erfordern (wie beispielsweise beim Lithographie-Wafertisch), durch Trägheitsprobleme beeinträchtigt werden.

Materialanisotropie
Die Mineralpartikelverteilung in natürlichem Granit ist richtungsabhängig, und die Härte sowie der Wärmeausdehnungskoeffizient variieren an verschiedenen Stellen geringfügig (etwa ±5 %). Dies kann bei hochpräzisen Plattformen (wie z. B. der Nanopositionierung) zu nicht unerheblichen Fehlern führen, die durch eine sorgfältige Materialauswahl und Homogenisierungsbehandlung (z. B. Hochtemperaturkalzinierung) verbessert werden müssen.
Als Kernkomponente hochpräziser Industrieanlagen findet die Präzisions-Luft-Schwimmplattform mit statischem Druck breite Anwendung in der Halbleiterfertigung, der optischen Bearbeitung, der Präzisionsmesstechnik und anderen Bereichen. Die Wahl des Basismaterials beeinflusst maßgeblich die Stabilität, Genauigkeit und Lebensdauer der Plattform. Granit (Naturgranit) hat sich aufgrund seiner einzigartigen physikalischen Eigenschaften in den letzten Jahren zu einem beliebten Material für solche Plattformfundamente entwickelt.