Granit-Präzisionsplattformen mit ihrer hohen Steifigkeit, ihrem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, ihrer hervorragenden Dämpfungsleistung und ihren natürlichen antimagnetischen Eigenschaften sind von unschätzbarem Wert für die High-End-Fertigung und die wissenschaftliche Forschung, wo Präzision und Stabilität höchste Anforderungen stellen. Im Folgenden sind die wichtigsten Anwendungsszenarien und technischen Vorteile aufgeführt:
I. Bereich der Ultrapräzisions-Bearbeitungsanlagen
Ausrüstung zur Halbleiterherstellung
Anwendungsszenarien: Werkstücktisch für Lithografiemaschinen, Basis für Wafer-Dicing-Maschinen, Positionierungsplattform für Verpackungsanlagen.
Technischer Wert:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit beträgt lediglich (0,5–1,0) × 10⁻⁶/℃, wodurch er den Temperaturschwankungen während der Nanobelichtung der Lithografiemaschine standhalten kann (Verschiebungsfehler < 0,1 nm in einer Umgebung von ±0,1℃).
Die interne Mikroporenstruktur erzeugt eine natürliche Dämpfung (Dämpfungsverhältnis 0,05 bis 0,1), unterdrückt die Vibration (Amplitude < 2 μm) beim Hochgeschwindigkeitsschneiden durch die Dicing-Maschine und stellt sicher, dass die Kantenrauigkeit Ra des Waferschnitts weniger als 1 μm beträgt.
2. Präzisionsschleifmaschinen und Koordinatenmessgeräte (KMG)
Anwendungsfall:
Die Basis des Drei-Koordinatenmessgeräts besteht aus einer integrierten Granitstruktur mit einer Ebenheit von ±0,5 μm/m. In Kombination mit der luftgelagerten Führungsschiene wird eine Bewegungsgenauigkeit im Nanometerbereich erreicht (Wiederholgenauigkeit der Positionierung ±0,1 μm).
Der Arbeitstisch der optischen Schleifmaschine besteht aus einer Verbundstruktur aus Granit und Silberstahl. Beim Schleifen von K9-Glas beträgt die Oberflächenwelligkeit weniger als λ/20 (λ = 632,8 nm) und erfüllt damit die Anforderungen an eine ultraglatte Verarbeitung von Laserlinsen.
II. Fachgebiet Optik und Photonik
Astronomische Teleskope und Lasersysteme
Typische Anwendungen:
Die Trägerplattform der Reflexionsfläche des großen Radioteleskops besteht aus einer Granitwabenstruktur, die ein geringes Eigengewicht (Dichte 2,7 g/cm³) und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Windvibrationen aufweist (Verformung < 50 μm bei Wind der Stufe 10).
Die optische Plattform des Laserinterferometers besteht aus mikroporösem Granit. Der Reflektor wird durch Vakuumadsorption fixiert und weist einen Ebenheitsfehler von weniger als 5 nm auf. Dies gewährleistet die Stabilität ultrapräziser optischer Experimente wie der Gravitationswellendetektion.
2. Präzisionsbearbeitung optischer Komponenten
Technische Vorteile:
Die magnetische Permeabilität und elektrische Leitfähigkeit der Granitplattform liegen nahe Null, wodurch der Einfluss elektromagnetischer Störungen auf Präzisionsprozesse wie Ionenstrahlpolieren (IBF) und magnetorheologisches Polieren (MRF) vermieden wird. Der PV-Wert der Oberflächenformgenauigkeit der verarbeiteten asphärischen Linse kann λ/100 erreichen.
III. Luft- und Raumfahrt und Präzisionsinspektion
Plattform zur Inspektion von Luftfahrtkomponenten
Anwendungsszenarien: Dreidimensionale Inspektion von Flugzeugrotorblättern, Messung von Form- und Positionstoleranzen von Strukturkomponenten aus Aluminiumlegierungen für die Luftfahrt.
Wichtigste Leistung:
Die Oberfläche der Granitplattform wird durch elektrolytische Korrosion behandelt, um feine Muster (mit einer Rauheit von Ra 0,4–0,8 μm) zu bilden, die für hochpräzise Triggersonden geeignet sind, und der Fehler beim Erkennen des Klingenprofils beträgt weniger als 5 μm.
Es hält einer Belastung von über 200 kg an Luftfahrtkomponenten stand und die Ebenheitsänderung nach längerem Gebrauch beträgt weniger als 2 μm/m, wodurch die Präzisionserhaltungsanforderungen der Klasse 10 in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfüllt werden.
2. Kalibrierung von Trägheitsnavigationskomponenten
Technische Anforderungen: Die statische Kalibrierung von Trägheitsgeräten wie Gyroskopen und Beschleunigungsmessern erfordert eine ultrastabile Referenzplattform.
Lösung: Die Granitplattform wird mit einem aktiven Schwingungsisolationssystem (Eigenfrequenz < 1 Hz) kombiniert, wodurch eine hochpräzise Kalibrierung der Nullpunktstabilität von Trägheitskomponenten < 0,01°/h in einer Umgebung mit einer Schwingbeschleunigung < 1×10⁻⁴g erreicht wird.
IV. Nanotechnologie und Biomedizin
Rasterkraftmikroskop-Plattform (SPM)
Kernfunktion: Als Basis für die Rasterkraftmikroskopie (AFM) und die Rastertunnelmikroskopie (STM) muss es von Umgebungsvibrationen und thermischer Drift isoliert werden.
Leistungsindikatoren:
Die Granitplattform kann in Kombination mit pneumatischen Schwingungsisolationsbeinen die Übertragungsrate externer Vibrationen (1–100 Hz) auf weniger als 5 % reduzieren und so eine Bildgebung des AFM auf atomarer Ebene in der atmosphärischen Umgebung (Auflösung < 0,1 nm) erreichen.
Die Temperaturempfindlichkeit liegt unter 0,05 μm/°C und erfüllt damit die Anforderungen für die Beobachtung biologischer Proben im Nanomaßstab in einer Umgebung mit konstanter Temperatur (37 °C ± 0,1 °C).
2. Biochip-Verpackungsanlagen
Anwendungsfall: Die hochpräzise Ausrichtungsplattform für DNA-Sequenzierungschips verwendet luftschwebende Führungsschienen aus Granit mit einer Positionierungsgenauigkeit von ±0,5 μm und gewährleistet eine submikrometergenaue Verbindung zwischen dem Mikrofluidkanal und der Detektionselektrode.
V. Neue Anwendungsszenarien
Basis für Quantencomputerausrüstung
Technische Herausforderungen: Die Qubit-Manipulation erfordert extrem niedrige Temperaturen (mK-Ebene) und eine ultrastabile mechanische Umgebung.
Lösung: Die extrem geringe Wärmeausdehnungseigenschaft von Granit (Ausdehnungsrate < 1 ppm von -200 °C bis Raumtemperatur) kann mit den Kontraktionseigenschaften von supraleitenden Magneten bei ultraniedrigen Temperaturen mithalten und gewährleistet so die Ausrichtungsgenauigkeit bei der Verpackung von Quantenchips.
2. Elektronenstrahllithographie (EBL)-System
Hauptleistung: Die isolierende Eigenschaft der Granitplattform (spezifischer Widerstand > 10¹³Ω · m) verhindert die Streuung des Elektronenstrahls. In Kombination mit dem elektrostatischen Spindelantrieb wird hochpräzises lithografisches Musterschreiben mit einer Linienbreite im Nanometerbereich (< 10 nm) erreicht.
Zusammenfassung
Die Anwendung von Granit-Präzisionsplattformen erstreckt sich von traditionellen Präzisionsmaschinen auf hochmoderne Bereiche wie Nanotechnologie, Quantenphysik und Biomedizin. Ihre zentrale Wettbewerbsfähigkeit liegt in der engen Verknüpfung von Materialeigenschaften und technischen Anforderungen. Durch die Integration von Verbundverstärkungstechnologien (wie Graphen-Granit-Nanokompositen) und intelligenter Sensortechnologie werden Granitplattformen künftig bahnbrechende Fortschritte in den Bereichen atomare Genauigkeit, Stabilität im gesamten Temperaturbereich und multifunktionale Integration erzielen und so zu zentralen Basiskomponenten für die nächste Generation der Ultrapräzisionsfertigung werden.
Veröffentlichungszeit: 28. Mai 2025