Premièrement, les avantages d'une base en granit
Rigidité élevée et faible déformation thermique
La densité du granit est élevée (environ 2,6 à 2,8 g/cm³), et son module de Young peut atteindre 50 à 100 GPa, surpassant largement celui des métaux ordinaires. Cette grande rigidité permet d'inhiber efficacement les vibrations externes et les déformations dues aux charges, et garantit la planéité du guide du flotteur pneumatique. Par ailleurs, le coefficient de dilatation linéaire du granit est très faible (environ 5 × 10⁻⁶/°C), soit seulement un tiers de celui des alliages d'aluminium. Il ne subit donc pratiquement aucune déformation thermique en présence de variations de température, ce qui le rend particulièrement adapté aux laboratoires à température constante ou aux environnements industriels présentant d'importantes différences de température entre le jour et la nuit.
Excellentes performances d'amortissement
La structure polycristalline du granit lui confère des propriétés d'amortissement naturelles, et son temps d'atténuation des vibrations est 3 à 5 fois plus rapide que celui de l'acier. Lors d'usinages de précision, il absorbe efficacement les vibrations haute fréquence, telles que celles liées au démarrage et à l'arrêt du moteur ou à la coupe de l'outil, et évite l'influence de la résonance sur la précision de positionnement de la plateforme mobile (valeur typique jusqu'à ±0,1 µm).
Stabilité dimensionnelle à long terme
Après des centaines de millions d'années de processus géologiques ayant formé le granite, ses contraintes internes ont été totalement relâchées, contrairement aux matériaux métalliques qui conservent des contraintes résiduelles dues à une déformation lente. Les données expérimentales montrent que la variation dimensionnelle de la base en granite est inférieure à 1 µm/m sur une période de 10 ans, ce qui est nettement supérieur à celle des structures en fonte ou en acier soudé.
Résistant à la corrosion et sans entretien
Le granit présente une excellente résistance aux acides et aux alcalis, aux huiles, à l'humidité et aux autres facteurs environnementaux ; il n'est donc pas nécessaire d'appliquer une couche antirouille aussi régulièrement que sur un support métallique. Après rectification et polissage, la rugosité de surface peut atteindre Ra 0,2 µm ou moins, ce qui permet de l'utiliser directement comme surface d'appui pour le rail de guidage du flotteur pneumatique et ainsi réduire les erreurs d'assemblage.
Deuxièmement, les limites de la base en granit
Problème de difficulté et de coût de traitement
Le granit, d'une dureté Mohs de 6 à 7, nécessite l'utilisation d'outils diamantés pour un meulage de précision, et son rendement n'atteint que 1/5 de celui des métaux. La complexité de la structure (rainures en queue d'aronde, trous taraudés, etc.) engendre des coûts d'usinage élevés et un cycle de production long (par exemple, l'usinage d'une plateforme de 2 m × 1 m prend plus de 200 heures), ce qui se traduit par un coût global 30 à 50 % supérieur à celui d'une plateforme en alliage d'aluminium.
Risque de fracture fragile
Bien que la résistance à la compression puisse atteindre 200 à 300 MPa, la résistance à la traction du granit n'en représente qu'un dixième. Une rupture fragile se produit facilement sous l'effet de charges d'impact extrêmes, et les dommages sont difficiles à réparer. Il est donc nécessaire d'éviter les concentrations de contraintes par une conception structurelle appropriée, notamment en utilisant des angles arrondis et en augmentant le nombre de points d'appui.
Le poids impose des limitations au système
La densité du granit est 2,5 fois supérieure à celle de l'alliage d'aluminium, ce qui entraîne une augmentation substantielle du poids total de la plateforme. Ceci impose des exigences plus élevées en matière de capacité portante de la structure de support, et les performances dynamiques peuvent être affectées par des problèmes d'inertie dans les applications nécessitant des mouvements à grande vitesse (comme la table porte-plaquettes de lithographie).
anisotropie du matériau
La distribution directionnelle des particules minérales du granit naturel entraîne de légères variations de dureté et de coefficient de dilatation thermique (environ ±5 %) selon l'emplacement. Ces variations peuvent induire des erreurs non négligeables pour les plateformes de très haute précision (comme le positionnement à l'échelle nanométrique), qu'il convient d'atténuer par une sélection rigoureuse des matériaux et un traitement d'homogénéisation (tel qu'une calcination à haute température).
Composant essentiel des équipements industriels de haute précision, la plateforme flottante à pression statique est largement utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs, le traitement optique, la métrologie de précision et d'autres domaines. Le choix du matériau de base influe directement sur la stabilité, la précision et la durée de vie de la plateforme. Le granit (granit naturel), grâce à ses propriétés physiques uniques, est devenu un matériau de choix pour ces bases de plateformes ces dernières années.
Date de publication : 9 avril 2025