Granit-Präzisionsplattformen sind aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, ihres niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, ihrer hervorragenden Dämpfungseigenschaften und ihrer natürlichen antimagnetischen Eigenschaften in der High-End-Fertigung und der wissenschaftlichen Forschung, wo Präzision und Stabilität höchste Priorität haben, unverzichtbar. Im Folgenden werden ihre wichtigsten Anwendungsbereiche und technischen Vorteile aufgeführt:
I. Bereich der Ultrapräzisionsbearbeitungsanlagen
Halbleiterfertigungsanlagen
Anwendungsszenarien: Werkstücktisch für Lithographiemaschinen, Basis für Wafer-Sägemaschinen, Positionierplattform für Verpackungsanlagen.
Technischer Wert:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit beträgt lediglich (0,5-1,0) ×10⁻⁶/℃, wodurch er den Temperaturschwankungen während der Belichtung im Nanobereich durch die Lithographieanlage standhält (Verschiebungsfehler < 0,1 nm in einer Umgebung von ±0,1℃).
Die interne Mikroporenstruktur bildet eine natürliche Dämpfung (Dämpfungsgrad 0,05 bis 0,1), wodurch die Vibration (Amplitude < 2 μm) beim Hochgeschwindigkeitsschneiden durch die Trennmaschine unterdrückt und sichergestellt wird, dass die Kantenrauheit Ra des Waferschnitts weniger als 1 μm beträgt.
2. Präzisionsschleifmaschinen und Koordinatenmessmaschinen (KMM)
Anwendungsfall:
Die Basis der Drei-Koordinaten-Messmaschine besteht aus einer einteiligen Granitstruktur mit einer Ebenheit von ±0,5 μm/m. In Kombination mit der luftgelagerten Führungsschiene wird eine Bewegungsgenauigkeit im Nanometerbereich erreicht (Wiederholgenauigkeit der Positioniergenauigkeit ±0,1 μm).
Der Arbeitstisch der optischen Schleifmaschine besteht aus einer Verbundkonstruktion aus Granit und Silberstahl. Beim Schleifen von K9-Glas beträgt die Oberflächenwelligkeit weniger als λ/20 (λ = 632,8 nm) und erfüllt somit die Anforderungen an eine extrem glatte Oberfläche bei der Bearbeitung von Laserlinsen.
II. Bereich der Optik und Photonik
Astronomische Teleskope und Lasersysteme
Typische Anwendungsbereiche:
Die Trägerplattform der Reflexionsfläche des großen Radioteleskops besteht aus einer Granitwabenstruktur, die ein geringes Eigengewicht (Dichte 2,7 g/cm³) aufweist und eine hohe Windvibrationsbeständigkeit besitzt (Verformung < 50 μm bei Windstärke 10).
Die optische Plattform des Laserinterferometers besteht aus mikroporösem Granit. Der Reflektor ist mittels Vakuumadsorption fixiert und weist eine Planheitsabweichung von weniger als 5 nm auf, wodurch die Stabilität von optischen Ultrapräzisionsexperimenten wie dem Nachweis von Gravitationswellen gewährleistet wird.
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 bearbeiteten asphärischen Linse kann λ/100 erreichen.
III. Luft- und Raumfahrt sowie Präzisionsinspektion
Inspektionsplattform für Luftfahrtkomponenten
Anwendungsszenarien: Dreidimensionale Inspektion von Flugzeugrotorblättern, Messung von Form- und Lagetoleranzen von Strukturbauteilen aus Aluminiumlegierungen für die Luftfahrt.
Wichtigste Leistungsmerkmale:
Die Oberfläche der Granitplattform wird durch elektrolytische Korrosion behandelt, um feine Strukturen (mit einer Rauheit von Ra 0,4-0,8 μm) zu erzeugen, die für hochpräzise Triggersonden geeignet sind, und der Fehler bei der Erkennung des Schaufelprofils beträgt weniger als 5 μm.
Es hält einer Belastung von über 200 kg an Luftfahrtkomponenten stand, und die Planheitsänderung nach längerem Gebrauch beträgt weniger als 2 μm/m, womit die Anforderungen an die Präzisionswartung der Klasse 10 in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfüllt werden.
2. Kalibrierung der Trägheitsnavigationskomponenten
Technische Anforderungen: Für die statische Kalibrierung von Inertialgeräten wie Gyroskopen und Beschleunigungsmessern wird eine ultrastabile Referenzplattform benötigt.
Lösung: Die Granitplattform wird mit einem aktiven Schwingungsisolationssystem (Eigenfrequenz < 1 Hz) kombiniert, wodurch eine hochpräzise Kalibrierung der Nullpunktstabilität der Trägheitskomponenten < 0,01°/h in einer Umgebung mit Schwingungsbeschleunigung < 1×10⁻⁴g erreicht wird.
IV. Nanotechnologie und Biomedizin
Rastersondenmikroskop (SPM)-Plattform
Kernfunktion: Als Basis für die Rasterkraftmikroskopie (AFM) und die Rastertunnelmikroskopie (STM) muss sie vor Umgebungserschütterungen und thermischer Drift geschützt werden.
Leistungsindikatoren:
Die Granitplattform kann in Kombination mit pneumatischen Schwingungsdämpfungsbeinen die Übertragungsrate externer Vibrationen (1-100 Hz) auf weniger als 5 % reduzieren und so eine atomgenaue Abbildung mittels AFM in atmosphärischer Umgebung ermöglichen (Auflösung < 0,1 nm).
Die Temperaturempfindlichkeit liegt unter 0,05 μm/℃, womit die Anforderungen für die nanometergenaue Beobachtung biologischer Proben in einer Umgebung mit konstanter Temperatur (37℃±0,1℃) erfüllt sind.
2. Biochip-Verpackungsanlagen
Anwendungsbeispiel: Die hochpräzise Ausrichtungsplattform für DNA-Sequenzierungschips verwendet luftgelagerte Führungsschienen aus Granit mit einer Positioniergenauigkeit von ±0,5 μm und gewährleistet so eine Submikron-Verbindung zwischen dem mikrofluidischen Kanal und der Detektionselektrode.
V. Neue Anwendungsszenarien
Basis für Quantencomputerausrüstung
Technische Herausforderungen: Die Manipulation von Qubits erfordert extrem niedrige Temperaturen (mK-Bereich) und eine ultrastabile mechanische Umgebung.
Lösung: Die extrem niedrige Wärmeausdehnung von Granit (Ausdehnungsrate < 1 ppm von -200 °C bis Raumtemperatur) passt zu den Kontraktionseigenschaften von supraleitenden Magneten für ultratiefe Temperaturen und gewährleistet so die Ausrichtungsgenauigkeit beim Packaging von Quantenchips.
2. Elektronenstrahllithographie-System (EBL)
Wichtigste Leistungsmerkmale: Die Isolationseigenschaften der Granitplattform (spezifischer Widerstand > 10¹³ Ω · m) verhindern die Streuung des Elektronenstrahls. In Kombination mit dem elektrostatischen Spindelantrieb ermöglicht dies die hochpräzise Lithographie mit einer Linienbreite im Nanometerbereich (< 10 nm).
Zusammenfassung
Die Anwendung von Granit-Präzisionsplattformen hat sich von traditionellen Präzisionsmaschinen auf zukunftsweisende Bereiche wie Nanotechnologie, Quantenphysik und Biomedizin ausgeweitet. Ihre Kernkompetenz liegt in der engen Verknüpfung von Materialeigenschaften und technischen Anforderungen. Zukünftig werden Granitplattformen durch die Integration von Verbundwerkstoff-Verstärkungstechnologien (wie Graphen-Granit-Nanokompositen) und intelligenten Sensortechnologien in Richtung atomarer Genauigkeit, Stabilität über den gesamten Temperaturbereich und multifunktionaler Integration neue Maßstäbe setzen und zu den zentralen Basiskomponenten der nächsten Generation ultrapräziser Fertigung werden.
Veröffentlichungsdatum: 28. Mai 2025