En primer lugar, las ventajas de la base de granito.
Alta rigidez y baja deformación térmica.
La densidad del granito es alta (aproximadamente 2,6-2,8 g/cm³) y su módulo de Young puede alcanzar los 50-100 GPa, superando con creces el de los materiales metálicos comunes. Esta alta rigidez inhibe eficazmente la vibración externa y la deformación por carga, y garantiza la planitud de la guía del flotador de aire. Al mismo tiempo, su coeficiente de expansión lineal es muy bajo (aproximadamente 5 × 10⁻⁶/℃), con solo 1/3 de aleación de aluminio, prácticamente no presenta deformación térmica en entornos con fluctuaciones de temperatura, lo que lo hace especialmente adecuado para laboratorios con temperatura constante o entornos industriales con grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche.
Excelente rendimiento de amortiguación
La estructura policristalina del granito le confiere propiedades de amortiguación naturales, y su tiempo de atenuación de vibraciones es de 3 a 5 veces más rápido que el del acero. En el proceso de mecanizado de precisión, absorbe eficazmente las vibraciones de alta frecuencia, como las causadas por el arranque y la parada del motor y el corte de la herramienta, y evita la influencia de la resonancia en la precisión de posicionamiento de la plataforma móvil (valor típico de hasta ±0,1 μm).
Estabilidad dimensional a largo plazo
Tras cientos de millones de años de procesos geológicos que dieron origen al granito, su tensión interna se ha liberado por completo, a diferencia de los materiales metálicos, debido a la tensión residual causada por la deformación lenta. Los datos experimentales muestran que la variación de tamaño de la base de granito es inferior a 1 μm/m durante un período de 10 años, significativamente mejor que la de las estructuras de hierro fundido o acero soldado.
Resistente a la corrosión y libre de mantenimiento.
El granito es muy resistente a ácidos, álcalis, aceite, humedad y otros factores ambientales, por lo que no requiere aplicar una capa antioxidante con tanta frecuencia como la base metálica. Tras el lijado y pulido, la rugosidad superficial puede alcanzar Ra 0,2 μm o menos, lo que permite utilizarlo directamente como superficie de apoyo del riel guía del flotador neumático para reducir los errores de montaje.
En segundo lugar, las limitaciones de la base de granito
Dificultad de procesamiento y problema de costos
El granito tiene una dureza Mohs de 6-7, lo que requiere el uso de herramientas de diamante para un rectificado de precisión. Su eficiencia de procesamiento es solo una quinta parte de la de los materiales metálicos. La compleja estructura de la ranura de cola de milano, los orificios roscados y otras características hacen que el costo de procesamiento sea elevado y el ciclo de procesamiento largo (por ejemplo, el procesamiento de una plataforma de 2 m × 1 m requiere más de 200 horas), lo que resulta en un costo total entre un 30 % y un 50 % mayor que el de una plataforma de aleación de aluminio.
Riesgo de fractura frágil
Aunque la resistencia a la compresión puede alcanzar los 200-300 MPa, la resistencia a la tracción del granito es solo una décima parte. La fractura frágil es fácil de producir bajo cargas de impacto extremas, y el daño es difícil de reparar. Es necesario evitar la concentración de tensiones mediante el diseño estructural, por ejemplo, utilizando transiciones de esquinas redondeadas, aumentando el número de puntos de apoyo, etc.
El peso trae limitaciones al sistema
La densidad del granito es 2,5 veces mayor que la de la aleación de aluminio, lo que resulta en un aumento sustancial del peso total de la plataforma. Esto exige una mayor capacidad de carga de la estructura de soporte, y el rendimiento dinámico puede verse afectado por problemas de inercia en situaciones que requieren movimiento a alta velocidad (como la mesa de obleas de litografía).
Anisotropía del material
La distribución de las partículas minerales del granito natural es direccional, y la dureza y el coeficiente de expansión térmica varían ligeramente en diferentes posiciones (aproximadamente ±5%). Esto puede introducir errores significativos en plataformas de ultraprecisión (como el posicionamiento a nanoescala), que deben mejorarse mediante una rigurosa selección de materiales y un tratamiento de homogeneización (como la calcinación a alta temperatura).
Como componente principal de equipos industriales de alta precisión, las plataformas flotantes de aire de presión estática de precisión se utilizan ampliamente en la fabricación de semiconductores, el procesamiento óptico, la medición de precisión y otros campos. La elección del material base afecta directamente la estabilidad, la precisión y la vida útil de la plataforma. El granito (granito natural), con sus propiedades físicas únicas, se ha convertido en un material popular para estas bases de plataforma en los últimos años.
Hora de publicación: 09-abr-2025