Les plataformes de precisió de granit, amb la seva alta rigidesa, baix coeficient d'expansió, excel·lent rendiment d'amortiment i propietats antimagnètiques naturals, tenen un valor d'aplicació irreemplaçable en els camps de fabricació d'alta gamma i investigació científica on la precisió i l'estabilitat són molt exigents. Els següents són els seus principals escenaris d'aplicació i avantatges tècnics:
I. Camp dels equips de processament d'ultraprecisió
Equips de fabricació de semiconductors
Escenaris d'aplicació: taula de peces de màquina de litografia, base de màquina de tallar daus de neules, plataforma de posicionament d'equips d'envasament.
Valor tècnic:
El coeficient d'expansió tèrmica del granit és només de (0,5-1,0) ×10⁻⁶/℃, cosa que pot resistir la fluctuació de temperatura durant l'exposició a nanoescala de la màquina de litografia (error de desplaçament < 0,1 nm en un entorn de ±0,1 ℃).
L'estructura interna de microporus forma un amortiment natural (relació d'amortiment de 0,05 a 0,1), suprimint la vibració (amplitud < 2 μm) durant el tall a alta velocitat per la màquina de tallar a daus i garantint que la rugositat Ra de la vora del tall de la oblia sigui inferior a 1 μm.
2. Rectificadores de precisió i màquines de mesura per coordenades (CMM)
Cas d'aplicació:
La base de la màquina de mesura de tres coordenades adopta una estructura integral de granit, amb una planitud de ±0,5 μm/m. Combinada amb el carril guia flotant per aire, aconsegueix una precisió de moviment a nivell nanomètric (precisió de posicionament repetit de ±0,1 μm).
La taula de treball de la màquina de rectificar òptica adopta una estructura composta de granit i acer platejat. En rectificar vidre K9, l'ondulació superficial és inferior a λ/20 (λ=632,8 nm), cosa que satisfà els requisits de processament ultrasuau de les lents làser.
Ii. Camp de l'Òptica i la Fotònica
Telescopis astronòmics i sistemes làser
Aplicacions típiques:
La plataforma de suport de la superfície de reflexió del gran radiotelescopi adopta una estructura de bresca de granit, que és lleugera en pes propi (densitat 2,7 g/cm³) i té una forta resistència a les vibracions del vent (deformació < 50 μm sota un vent de 10 nivells).
La plataforma òptica de l'interferòmetre làser utilitza granit microporós. El reflector es fixa mitjançant adsorció al buit, amb un error de planitud inferior a 5 nm, cosa que garanteix l'estabilitat d'experiments òptics d'ultraprecisió com la detecció d'ones gravitacionals.
2. Processament de components òptics de precisió
Avantatges tècnics:
La permeabilitat magnètica i la conductivitat elèctrica de la plataforma de granit són properes a zero, evitant la influència de la interferència electromagnètica en processos de precisió com el poliment per feix d'ions (IBF) i el poliment magnetoreològic (MRF). El valor PV de precisió de la forma superficial de la lent àsfica processada pot arribar a λ/100.
Iii. Inspecció aeroespacial i de precisió
Plataforma d'inspecció de components d'aviació
Escenaris d'aplicació: Inspecció tridimensional de pales d'avions, mesurament de toleràncies de forma i posició de components estructurals d'aliatge d'alumini per a l'aviació.
Rendiment clau:
La superfície de la plataforma de granit es tracta mitjançant corrosió electrolítica per formar patrons fins (amb una rugositat de Ra 0,4-0,8 μm), adequats per a sondes de disparador d'alta precisió, i l'error de detecció del perfil de la fulla és inferior a 5 μm.
Pot suportar una càrrega de més de 200 kg de components d'aviació, i el canvi de planitud després d'un ús a llarg termini és inferior a 2 μm/m, complint els requisits de manteniment de precisió de Grau 10 a la indústria aeroespacial.
2. Calibratge dels components de navegació inercial
Requisits tècnics: La calibració estàtica de dispositius inercials com ara giroscopis i acceleròmetres requereix una plataforma de referència ultraestable.
Solució: La plataforma de granit es combina amb un sistema actiu d'aïllament de vibracions (freqüència natural < 1 Hz), aconseguint una calibració d'alta precisió de l'estabilitat de desplaçament zero dels components inercials < 0,01°/h en un entorn amb una acceleració de vibració < 1 × 10⁻⁴g.
IV. Nanotecnologia i Biomedicina
Plataforma de microscopi de sonda d'escaneig (SPM)
Funció principal: Com a base per a la microscòpia de força atòmica (AFM) i la microscòpia de túnel d'escombratge (STM), cal aïllar-la de les vibracions ambientals i la deriva tèrmica.
Indicadors de rendiment:
La plataforma de granit, en combinació amb potes d'aïllament de vibracions pneumàtiques, pot reduir la taxa de transmissió de vibracions externes (1-100 Hz) a menys del 5%, aconseguint imatges a nivell atòmic de l'AFM en l'entorn atmosfèric (resolució < 0,1 nm).
La sensibilitat a la temperatura és inferior a 0,05 μm/℃, cosa que compleix els requisits per a l'observació a nanoescala de mostres biològiques en un entorn de temperatura constant (37 ℃ ± 0,1 ℃).
2. Equipament d'envasament de bioxips
Cas d'aplicació: La plataforma d'alineació d'alta precisió per a xips de seqüenciació d'ADN adopta rails de guia flotants d'aire de granit, amb una precisió de posicionament de ±0,5 μm, que garanteix una unió submicrònica entre el canal microfluídic i l'elèctrode de detecció.
V. Escenaris d'aplicacions emergents
Base d'equips de computació quàntica
Reptes tècnics: la manipulació de qubits requereix temperatures extremadament baixes (nivell de mK) i un entorn mecànic ultraestable.
Solució: La propietat d'expansió tèrmica extremadament baixa del granit (taxa d'expansió < 1 ppm des de -200 ℃ fins a temperatura ambient) pot igualar les característiques de contracció dels imants superconductors de temperatura ultrabaixa, garantint la precisió de l'alineació durant l'empaquetament dels xips quàntics.
2. Sistema de litografia de feix d'electrons (EBL)
Rendiment clau: La propietat d'aïllament de la plataforma de granit (resistivitat > 10¹³Ω · m) impedeix la dispersió del feix d'electrons. Combinat amb l'accionament electrostàtic del fus, aconsegueix una escriptura de patrons litogràfics d'alta precisió amb una amplada de línia a nanoescala (< 10 nm).
Resum
L'aplicació de plataformes de precisió de granit s'ha estès des de la maquinària de precisió tradicional fins a camps d'avantguarda com la nanotecnologia, la física quàntica i la biomedicina. La seva principal competitivitat rau en l'acoblament profund de les propietats dels materials i els requisits d'enginyeria. En el futur, amb la integració de tecnologies de reforç compost (com ara nanocompostos de grafè-granit) i tecnologies de detecció intel·ligent, les plataformes de granit avançaran en les direccions de la precisió a nivell atòmic, l'estabilitat en tot el rang de temperatura i la integració multifuncional, convertint-se en els components bàsics principals que donaran suport a la propera generació de fabricació d'ultraprecisió.
Data de publicació: 28 de maig de 2025