การวิเคราะห์ข้อดีข้อเสียของการใช้ฐานหินแกรนิตสำหรับแพลตฟอร์มการเคลื่อนที่ลอยอากาศแรงดันคงที่ที่แม่นยำ

ประการแรกข้อดีของฐานหินแกรนิต
ความแข็งแกร่งสูงและการเสียรูปเนื่องจากความร้อนต่ำ
ความหนาแน่นของหินแกรนิตสูง (ประมาณ 2.6-2.8 g/cm³) และโมดูลัสของยังสามารถเข้าถึง 50-100 GPa ซึ่งเกินกว่าวัสดุโลหะทั่วไปมาก ความแข็งแกร่งสูงนี้สามารถยับยั้งการสั่นสะเทือนภายนอกและการเสียรูปของภาระได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยให้แน่ใจถึงความเรียบของตัวนำลอยอากาศ ในเวลาเดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของหินแกรนิตต่ำมาก (ประมาณ 5×10⁻⁶/℃) เพียง 1/3 ของโลหะผสมอลูมิเนียม แทบไม่มีการเสียรูปเนื่องจากความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีความผันผวนของอุณหภูมิ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับห้องปฏิบัติการที่มีอุณหภูมิคงที่หรือฉากอุตสาหกรรมที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนมาก

ประสิทธิภาพการหน่วงที่ยอดเยี่ยม
โครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์ของหินแกรนิตทำให้มีคุณสมบัติการหน่วงตามธรรมชาติ และเวลาการลดทอนการสั่นสะเทือนเร็วกว่าเหล็ก 3-5 เท่า ในกระบวนการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ มันสามารถดูดซับการสั่นสะเทือนความถี่สูง เช่น การสตาร์ทและหยุดมอเตอร์ การตัดเครื่องมือ และหลีกเลี่ยงอิทธิพลของเสียงสะท้อนต่อความแม่นยำในการวางตำแหน่งของแพลตฟอร์มเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ค่าทั่วไปสูงสุดถึง ±0.1μm)

เสถียรภาพมิติในระยะยาว
หลังจากกระบวนการทางธรณีวิทยาที่ก่อตัวเป็นหินแกรนิตมาหลายร้อยล้านปี ความเครียดภายในของหินแกรนิตก็ได้รับการปลดปล่อยออกมาอย่างสมบูรณ์ ซึ่งต่างจากวัสดุโลหะที่เกิดจากความเครียดตกค้างที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปช้าๆ ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดฐานของหินแกรนิตน้อยกว่า 1 ไมโครเมตร/เมตร ในช่วงเวลา 10 ปี ซึ่งดีกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับเหล็กหล่อหรือโครงสร้างเหล็กเชื่อม

ทนทานต่อการกัดกร่อนและไม่ต้องบำรุงรักษา
หินแกรนิตทนต่อกรดและด่าง น้ำมัน ความชื้น และปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ ได้ดี จึงไม่จำเป็นต้องเคลือบชั้นป้องกันสนิมอย่างสม่ำเสมอเหมือนฐานโลหะ หลังจากการเจียรและขัดเงา ความหยาบของพื้นผิวสามารถถึง Ra 0.2μm หรือต่ำกว่า ซึ่งสามารถใช้เป็นพื้นผิวรับน้ำหนักของรางนำลูกลอยลมได้โดยตรงเพื่อลดข้อผิดพลาดในการประกอบ

ประการที่สองข้อจำกัดของฐานหินแกรนิต
ปัญหาความยากในการประมวลผลและต้นทุน
หินแกรนิตมีความแข็งโมห์ส 6-7 ซึ่งต้องใช้เครื่องมือเพชรในการเจียรอย่างแม่นยำ ประสิทธิภาพในการประมวลผลมีเพียง 1/5 ของวัสดุโลหะ โครงสร้างที่ซับซ้อนของร่องลิ่ม รูเกลียว และคุณสมบัติอื่นๆ ของต้นทุนการประมวลผลสูง และรอบการประมวลผลยาวนาน (ตัวอย่างเช่น การประมวลผลแพลตฟอร์มขนาด 2x1 เมตร ใช้เวลามากกว่า 200 ชั่วโมง) ส่งผลให้ต้นทุนโดยรวมสูงกว่าแพลตฟอร์มโลหะผสมอลูมิเนียม 30%-50%

ความเสี่ยงจากการแตกเปราะ
แม้ว่าความแข็งแรงของแรงอัดจะสูงถึง 200-300MPa แต่ความแข็งแรงของหินแกรนิตกลับมีเพียง 1/10 เท่านั้น การแตกแบบเปราะเกิดขึ้นได้ง่ายภายใต้แรงกระแทกที่รุนแรง และยากต่อการซ่อมแซมความเสียหาย จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการรวมตัวของความเค้นผ่านการออกแบบโครงสร้าง เช่น การใช้การเปลี่ยนมุมโค้งมน การเพิ่มจำนวนจุดรองรับ เป็นต้น

น้ำหนักทำให้เกิดข้อจำกัดของระบบ
ความหนาแน่นของหินแกรนิตสูงกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์ถึง 2.5 เท่า ส่งผลให้น้ำหนักโดยรวมของแพลตฟอร์มเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ต้องเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างรองรับ และประสิทธิภาพการทำงานแบบไดนามิกอาจได้รับผลกระทบจากปัญหาความเฉื่อยในสถานการณ์ที่ต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง (เช่น โต๊ะเวเฟอร์ลิโธกราฟี)

แอนไอโซทรอปิกของวัสดุ
การกระจายตัวของอนุภาคแร่ของหินแกรนิตธรรมชาตินั้นมีทิศทาง และความแข็งและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของตำแหน่งต่างๆ จะแตกต่างกันเล็กน้อย (ประมาณ ±5%) ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถละเลยได้สำหรับแพลตฟอร์มที่มีความแม่นยำสูง (เช่น การกำหนดตำแหน่งในระดับนาโน) ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงด้วยการเลือกวัสดุที่เข้มงวดและการบำบัดแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (เช่น การเผาที่อุณหภูมิสูง)
แพลตฟอร์มลอยลมแรงดันสถิตย์ที่มีความแม่นยำเป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การประมวลผลแบบออปติก การวัดที่แม่นยำ และสาขาอื่นๆ การเลือกใช้วัสดุฐานส่งผลโดยตรงต่อความเสถียร ความแม่นยำ และอายุการใช้งานของแพลตฟอร์ม หินแกรนิต (หินแกรนิตธรรมชาติ) ซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัว ได้กลายมาเป็นวัสดุยอดนิยมสำหรับฐานของแพลตฟอร์มดังกล่าวในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา