ทำไมห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลกจึงเลือกใช้หินแกรนิตที่มีขอบตรง เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อ ความแม่นยำและความเสถียรได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น 300%

ในห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลก ไม่ว่าจะเป็นการตรวจจับวัสดุในระดับนาโน การสอบเทียบส่วนประกอบออปติกที่มีความแม่นยำ หรือการวัดโครงสร้างจุลภาคของชิปเซมิคอนดักเตอร์ ล้วนมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกือบเท่าเทียมสำหรับความแม่นยำและความเสถียรของข้อมูลอ้างอิงการวัด ขอบตรงหินแกรนิตซึ่งมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นได้กลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับห้องปฏิบัติการหลายแห่ง เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อแบบดั้งเดิม ความเสถียรของความแม่นยำสามารถปรับปรุงได้มากถึง 300% ซึ่งขึ้นอยู่กับหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ลึกซึ้งและการตรวจสอบในทางปฏิบัติ
1. คุณสมบัติของวัสดุกำหนดพื้นฐานของความแม่นยำ
เหล็กหล่อเป็นวัสดุอ้างอิงพื้นผิวแบบดั้งเดิม ถึงแม้ว่าจะมีความแข็งในระดับหนึ่ง แต่ก็มีข้อบกพร่องโดยเนื้อแท้ โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนอยู่ที่ประมาณ 12×10⁻⁶/℃ ภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีความผันผวนของอุณหภูมิทั่วไปในห้องปฏิบัติการ (เช่น ความแตกต่างของอุณหภูมิ 5℃ ที่เกิดจากการเปิดและปิดเครื่องปรับอากาศ) พื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อยาว 1 เมตรอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงมิติได้ 60μm นอกจากนี้ ยังมีโครงสร้างกราไฟต์เกล็ดอยู่ภายในเหล็กหล่อ การใช้งานในระยะยาวมีแนวโน้มที่จะเกิดความเค้นสะสม ส่งผลให้ความเรียบของระนาบอ้างอิงลดลงทีละน้อย การเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างประเภทนี้จะทำให้ข้อมูลการวัดเบี่ยงเบนอย่างเป็นระบบ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความแม่นยำของผลการทดลอง
ในทางตรงกันข้ามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของหินแกรนิตแบบตรงคือ (4-8) ×10⁻⁶/℃ ซึ่งน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเหล็กหล่อถึงหนึ่งในสาม ภายใต้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่เท่ากันที่ 5℃ การเปลี่ยนแปลงขนาดของหินแกรนิตแบบตรงยาว 1 เมตรจะอยู่ที่ 20-40 μm เท่านั้น หินแกรนิตเกิดจากการตกผลึกของแร่ธาตุ เช่น ควอตซ์และเฟลด์สปาร์ มีโครงสร้างที่หนาแน่นและสม่ำเสมอ และไม่มีปัญหาเรื่องความเข้มข้นของความเค้นภายใน หลังจากกระบวนการทางธรณีวิทยานับพันล้านปี หินแกรนิตจะเสื่อมสภาพตามธรรมชาติและจะไม่เสียรูปเหมือนเหล็กหล่อเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้มั่นใจได้ว่าระนาบอ้างอิงจากสาระสำคัญของวัสดุจะมีเสถียรภาพในระยะยาว

ประการที่สอง เทคโนโลยีการประมวลผลทำให้เกิดความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
ในระหว่างการประมวลผลพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อ เนื่องจากข้อจำกัดของคุณสมบัติของวัสดุ ความแม่นยำของความเรียบจึงมักจะเข้าถึงได้เพียง ± 5-10 μm เท่านั้น นอกจากนี้ พื้นผิวของเหล็กหล่อยังมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันและเกิดสนิม ซึ่งต้องได้รับการบำรุงรักษาและเจียรเป็นประจำ การเจียรแต่ละครั้งจะส่งผลต่อความแม่นยำดั้งเดิมของพื้นผิวอ้างอิง
หินแกรนิตแบบขอบตรงใช้เทคโนโลยีการเจียรที่มีความแม่นยำสูงและผสมผสานกับเทคโนโลยีการประมวลผลการควบคุมเชิงตัวเลขขั้นสูง ความเรียบสามารถควบคุมได้ภายใน ± 1-3 μm และผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์บางรุ่นอาจถึง ±0.5μm ความแข็งของพื้นผิวจะอยู่ที่ 6 ถึง 7 บนสเกลโมห์ส และทนต่อการสึกหรอได้ดีกว่าเหล็กหล่อ 3 ถึง 5 เท่า ไม่เป็นรอยขีดข่วนหรือสึกหรอได้ง่าย แม้จะใช้งานเป็นเวลานาน ความแม่นยำของพื้นผิวของหินแกรนิตแบบขอบตรงก็ยังคงเสถียรอยู่ ไม่จำเป็นต้องมีการสอบเทียบและการบำรุงรักษาบ่อยครั้ง ลดต้นทุนการใช้งานและต้นทุนเวลาของห้องปฏิบัติการได้อย่างมาก
ความสามารถในการปรับตัวตามสภาพแวดล้อมช่วยให้การวัดมีเสถียรภาพ
สภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการมีความซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้ ปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้น การสั่นสะเทือน และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ล้วนส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด พื้นผิวอ้างอิงของเหล็กหล่อมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ส่งผลให้ความหยาบของพื้นผิวเพิ่มขึ้นและส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการสัมผัสของหัววัด ในขณะเดียวกัน แม่เหล็กของเหล็กหล่ออาจรบกวนการทำงานของอุปกรณ์วัดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำ
หินแกรนิตเป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ไม่เป็นแม่เหล็กและไม่นำไฟฟ้า และจะไม่รบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อัตราการดูดซึมน้ำน้อยกว่า 0.1% และยังคงรักษาประสิทธิภาพที่เสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง นอกจากนี้ คุณสมบัติการหน่วงที่เป็นเอกลักษณ์ของหินแกรนิตสามารถดูดซับการสั่นสะเทือนจากสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดการรบกวนจากภายนอกให้เหลือน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น ในห้องปฏิบัติการที่อยู่ใกล้เครื่องมือและอุปกรณ์ขนาดใหญ่ หินแกรนิตสามารถลดพลังงานการสั่นสะเทือนได้มากกว่า 90% ภายในหนึ่งวินาที ในขณะที่พื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อต้องใช้เวลา 3 ถึง 5 วินาที ซึ่งทำให้หินแกรนิตเป็นวัสดุอ้างอิงที่เสถียรสำหรับการวัดแม้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน
สี่. ข้อมูลจริงยืนยันข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ
ห้องปฏิบัติการเซมิคอนดักเตอร์ระดับนานาชาติที่มีชื่อเสียงแห่งหนึ่งเคยทำการทดสอบเปรียบเทียบระยะยาวบนพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อและหินแกรนิต ในระหว่างการทดลองวัดที่กินเวลานาน 30 วันและกินเวลาวันละ 8 ชั่วโมง ข้อผิดพลาดในการวัดสะสมของอุปกรณ์ที่ใช้พื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อมีค่าถึง ±45μm อุปกรณ์ที่ใช้หินแกรนิตมีข้อผิดพลาดสะสมเพียง ±15μm และการปรับปรุงความเสถียรของความแม่นยำนั้นสูงถึง 300% ผลการทดลองที่คล้ายกันนี้ได้รับการยืนยันซ้ำแล้วซ้ำเล่าในห้องปฏิบัติการชั้นนำในสาขาต่างๆ เช่น วิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมออปติก ซึ่งแสดงให้เห็นเพิ่มเติมว่าหินแกรนิตไม่สามารถทดแทนพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่อได้ในการวัดที่มีความแม่นยำสูง
โดยสรุปแล้ว ขอบตรงหินแกรนิตได้ก้าวข้ามพื้นผิวอ้างอิงเหล็กหล่ออย่างครอบคลุมด้วยข้อได้เปรียบสามประการ ได้แก่ คุณสมบัติของวัสดุ เทคโนโลยีการประมวลผล และความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อม การปรับปรุงความเสถียรของความแม่นยำ 300% ไม่เพียงแต่ให้มาตรฐานการวัดที่เชื่อถือได้สำหรับห้องปฏิบัติการเท่านั้น แต่ยังวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำสมัยและเทคโนโลยีการผลิตที่แม่นยำอีกด้วย นี่คือเหตุผลหลักที่ห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลกต่างเลือกใช้ขอบตรงหินแกรนิต