Erstens die Vorteile der Granitbasis
Hohe Steifigkeit und geringe thermische Verformung
Granit hat eine hohe Dichte (ca. 2,6–2,8 g/cm³) und einen Elastizitätsmodul von 50–100 GPa, der den von herkömmlichen Metallen deutlich übersteigt. Diese hohe Steifigkeit verhindert wirksam äußere Vibrationen und Lastverformungen und gewährleistet die Planheit der Luftführung. Gleichzeitig ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von Granit sehr niedrig (ca. 5 × 10⁻⁶/℃) und beträgt nur 1/3 des Werts von Aluminiumlegierungen. Bei Temperaturschwankungen verformt er sich nahezu nicht. Daher eignet er sich besonders für Labore mit konstanter Temperatur oder Industrieumgebungen mit großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht.
Hervorragende Dämpfungsleistung
Die polykristalline Struktur von Granit verleiht ihm natürliche Dämpfungseigenschaften und die Schwingungsdämpfungszeit ist drei- bis fünfmal schneller als bei Stahl. Bei der Präzisionsbearbeitung kann es hochfrequente Vibrationen wie Motorstart und -stopp sowie Werkzeugschneiden effektiv absorbieren und den Einfluss von Resonanz auf die Positioniergenauigkeit der beweglichen Plattform (typischer Wert bis zu ±0,1 μm) vermeiden.
Langfristige Dimensionsstabilität
Nachdem Granit über Hunderte von Millionen Jahren durch geologische Prozesse geformt wurde, ist seine innere Spannung vollständig abgebaut. Anders als bei metallischen Werkstoffen entstehen durch langsame Verformung keine Eigenspannungen. Versuchsdaten zeigen, dass die Größenänderung der Granitbasis innerhalb von 10 Jahren weniger als 1 μm/m beträgt. Dies ist deutlich besser als bei Gusseisen- oder geschweißten Stahlkonstruktionen.
Korrosionsbeständig und wartungsfrei
Granit ist gegenüber Säuren, Laugen, Öl, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen sehr beständig. Daher ist es nicht erforderlich, die Rostschutzschicht so regelmäßig aufzutragen wie die Metallbasis. Nach dem Schleifen und Polieren kann die Oberflächenrauheit Ra 0,2 μm oder weniger erreichen. Dies kann direkt als Lagerfläche der Luftführungsschiene verwendet werden, um Montagefehler zu reduzieren.
Zweitens die Einschränkungen der Granitbasis
Verarbeitungsschwierigkeiten und Kostenproblem
Granit hat eine Mohshärte von 6–7 und erfordert den Einsatz von Diamantwerkzeugen zum Präzisionsschleifen. Die Bearbeitungseffizienz beträgt nur 1/5 der von Metallwerkstoffen. Die komplexe Struktur der Schwalbenschwanznut, Gewindelöcher und anderer Merkmale führt zu hohen Bearbeitungskosten und langen Bearbeitungszyklen (beispielsweise dauert die Bearbeitung einer 2 m × 1 m großen Plattform mehr als 200 Stunden), was zu 30–50 % höheren Gesamtkosten als bei einer Plattform aus Aluminiumlegierung führt.
Sprödbruchrisiko
Obwohl die Druckfestigkeit von Granit 200–300 MPa erreichen kann, beträgt die Zugfestigkeit nur ein Zehntel davon. Unter extremer Stoßbelastung kann es leicht zu Sprödbrüchen kommen, und die Schäden sind schwer zu reparieren. Spannungskonzentrationen müssen durch konstruktive Maßnahmen vermieden werden, z. B. durch abgerundete Eckübergänge oder die Erhöhung der Anzahl der Stützpunkte.
Gewicht bringt Systembeschränkungen mit sich
Die Dichte von Granit ist 2,5-mal so hoch wie die von Aluminiumlegierungen, was zu einem deutlich höheren Gesamtgewicht der Plattform führt. Dies stellt höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit der Trägerstruktur. Zudem kann die dynamische Leistung in Szenarien mit Hochgeschwindigkeitsbewegungen (wie z. B. dem Lithografie-Wafertisch) durch Trägheitsprobleme beeinträchtigt werden.
Materialanisotropie
Die Mineralpartikelverteilung von natürlichem Granit ist gerichtet, und Härte und Wärmeausdehnungskoeffizient unterscheiden sich an verschiedenen Stellen geringfügig (ca. ±5 %). Dies kann bei hochpräzisen Plattformen (z. B. bei der Positionierung im Nanomaßstab) zu nicht zu vernachlässigenden Fehlern führen, die durch eine sorgfältige Materialauswahl und Homogenisierungsbehandlung (z. B. Hochtemperaturkalzinierung) verbessert werden müssen.
Als Kernkomponente hochpräziser Industrieanlagen werden Präzisions-Luftschwimmplattformen mit statischem Druck häufig in der Halbleiterfertigung, der optischen Verarbeitung, der Präzisionsmessung und anderen Bereichen eingesetzt. Die Wahl des Basismaterials wirkt sich direkt auf die Stabilität, Genauigkeit und Lebensdauer der Plattform aus. Granit (Naturgranit) hat sich aufgrund seiner einzigartigen physikalischen Eigenschaften in den letzten Jahren zu einem beliebten Material für solche Plattformbasen entwickelt.
Beitragszeit: 09.04.2025