En la construcción de plataformas flotantes neumáticas de presión estática de precisión, la elección de la base resulta decisiva para el rendimiento general de la plataforma. Las bases de granito y las de hierro fundido presentan características propias, con diferencias notables en aspectos clave como la estabilidad, el mantenimiento de la precisión, la durabilidad y el coste.
En primer lugar, la estabilidad: estructura natural densa y metálica
Tras millones de años de cambios geológicos, el granito se compone de cuarzo, feldespato y otros minerales, formando una estructura muy densa y uniforme. Ante interferencias externas, como las fuertes vibraciones generadas por el funcionamiento de maquinaria pesada en talleres, la base de granito, gracias a su compleja estructura cristalina, bloquea y atenúa eficazmente dichas vibraciones. Esto permite reducir la amplitud de vibración de la plataforma neumática de presión estática de precisión en más de un 80%, proporcionando una base estable para su funcionamiento y garantizando un movimiento suave durante procesos de alta precisión. Por ejemplo, en el proceso de fotolitografía para la fabricación de chips electrónicos, se garantiza la caracterización precisa de los patrones del chip.
La base de hierro fundido está hecha de una aleación de hierro y carbono, y el grafito interno se distribuye en láminas o esferas. Si bien posee cierta capacidad de amortiguación de vibraciones, su uniformidad estructural no es tan buena como la del granito. Ante vibraciones continuas de alta intensidad, a la base de hierro fundido le resulta difícil reducir la interferencia vibratoria al mismo nivel que la base de granito, lo que puede ocasionar pequeñas desviaciones en el movimiento de la plataforma neumática de presión estática de precisión, afectando su rendimiento en operaciones de ultraprecisión.
En segundo lugar, la retención de la precisión: las ventajas naturales de la baja expansión y el desafío del cambio térmico del metal.
El granito es conocido por su bajísimo coeficiente de dilatación térmica, generalmente de 5-7 × 10⁻⁶/℃. En entornos con fluctuaciones de temperatura, el tamaño de la base de precisión de granito apenas varía. En astronomía, la plataforma de flotación neumática hidrostática de precisión para el ajuste fino de las lentes de los telescopios se combina con la base de granito. Incluso con una diferencia de temperatura significativa entre el día y la noche, se garantiza que la precisión de posicionamiento de la lente se mantenga a nivel submicrónico, lo que permite a los astrónomos captar la sutil dinámica de los cuerpos celestes distantes.
El coeficiente de dilatación térmica del hierro fundido es relativamente alto, generalmente entre 10 y 20 × 10⁻⁶/°C. Con los cambios de temperatura, la base de hierro fundido se deforma notablemente, lo que puede provocar la deformación térmica de la plataforma flotante neumática de presión estática de precisión, disminuyendo así su exactitud de movimiento. Durante el proceso de rectificado de lentes ópticas sensibles a la temperatura, la deformación de la base de hierro fundido por efecto de la temperatura puede ocasionar desviaciones en la precisión de rectificado de la lente que excedan el rango admisible, afectando la calidad de la misma.
En tercer lugar, durabilidad: alta dureza de la piedra natural y resistencia a la fatiga del metal.
El granito posee una alta dureza, alcanzando valores de 6 a 7 en la escala de Mohs, y una buena resistencia al desgaste. En los laboratorios de ciencia de materiales, la plataforma de flotación neumática de presión estática de precisión, de uso frecuente, cuenta con una base de granito que resiste eficazmente la pérdida por fricción a largo plazo. En comparación con las bases convencionales, esto permite extender el ciclo de mantenimiento de la plataforma en más del 50%, reducir los costos de mantenimiento del equipo y garantizar la continuidad de la investigación científica. Sin embargo, el granito es un material relativamente frágil, por lo que existe riesgo de rotura ante impactos accidentales.
La base de hierro fundido posee cierta tenacidad y no se rompe fácilmente al soportar una fuerza de impacto determinada. Sin embargo, durante el movimiento alternativo de alta frecuencia de la plataforma neumática de presión estática de precisión, a menudo sometido a un uso prolongado, el hierro fundido es propenso a sufrir fatiga, lo que provoca cambios en su estructura interna y afecta la precisión y la estabilidad del movimiento de la plataforma. Asimismo, el hierro fundido es propenso a la oxidación y la corrosión en ambientes húmedos, lo que reduce su durabilidad. En contraste, la base de granito presenta una mayor resistencia a la corrosión.
Cuarto, coste de fabricación y dificultad de procesamiento: desafíos de la extracción y el procesamiento de piedra natural y umbral del proceso de fundición de metales
La extracción y el transporte de granito son procesos complejos, y su procesamiento requiere equipos y tecnología de vanguardia. Debido a su elevada dureza y fragilidad, el corte, el pulido y otros procesos son propensos a derrumbes, grietas y un alto índice de desechos, lo que conlleva elevados costos de producción.
La base de hierro fundido se fabrica mediante un proceso de fundición consolidado, con una amplia disponibilidad de materias primas y un coste relativamente bajo. El molde permite la producción en masa con una alta eficiencia. Sin embargo, para lograr la misma precisión y estabilidad que la base de granito, el proceso de fundición y los requisitos de postprocesamiento son extremadamente estrictos, requiriendo mecanizado de precisión y tratamiento de envejecimiento, entre otros, lo que incrementa significativamente el coste.
En resumen, la base de precisión de granito presenta ventajas significativas en los escenarios de aplicación de plataformas flotantes neumáticas de presión estática de precisión que requieren alta precisión, estabilidad y resistencia al desgaste; la base de hierro fundido tiene ciertas ventajas en cuanto a costo y tenacidad, y es adecuada para ocasiones en las que los requisitos de precisión son relativamente bajos, se busca la rentabilidad y el entorno de vibración y temperatura es relativamente estable.
Fecha de publicación: 9 de abril de 2025