Tout d’abord, les avantages de la base en granit
Haute rigidité et faible déformation thermique
La densité du granit est élevée (environ 2,6-2,8 g/cm³) et son module de Young peut atteindre 50-100 GPa, dépassant largement celui des métaux ordinaires. Cette rigidité élevée permet d'inhiber efficacement les vibrations externes et les déformations sous charge, et d'assurer la planéité du guide du flotteur d'air. Parallèlement, le granit présente un coefficient de dilatation linéaire très faible (environ 5 × 10⁻⁶/℃), ne représentant qu'un tiers de celui de l'alliage d'aluminium, et ne subit quasiment aucune déformation thermique dans des environnements à températures variables. Il est particulièrement adapté aux laboratoires à température constante ou aux environnements industriels présentant de fortes 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 un temps d'atténuation des vibrations 3 à 5 fois plus rapide que celui de l'acier. Lors de l'usinage de précision, il absorbe efficacement les vibrations haute fréquence telles que le démarrage et l'arrêt des moteurs, ainsi que l'usinage des outils, 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 complètement relâchées, contrairement aux matériaux métalliques, en raison des contraintes résiduelles dues à une déformation lente. Les données expérimentales montrent que la variation dimensionnelle de la base granitique 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 est très résistant aux acides, aux alcalis, à l'huile, à l'humidité et à d'autres facteurs environnementaux ; il n'est donc pas nécessaire d'appliquer une couche antirouille aussi régulièrement que pour une base métallique. Après meulage et polissage, la rugosité de surface peut atteindre Ra 0,2 µm ou moins, ce qui permet d'utiliser directement ce matériau comme surface d'appui pour le rail de guidage du flotteur pneumatique afin de réduire les erreurs d'assemblage.
Deuxièmement, les limites de la base granitique
Difficulté de traitement et problème de coût
Le granit présente une dureté Mohs de 6 à 7, nécessitant l'utilisation d'outils diamantés pour un meulage de précision. Son rendement d'usinage est cinq fois inférieur à celui des matériaux métalliques. La structure complexe des rainures en queue d'aronde, les trous filetés et autres caractéristiques rendent le traitement coûteux et le cycle d'usinage long (par exemple, l'usinage d'une plateforme de 2 m × 1 m prend plus de 200 heures), ce qui entraîne un coût global de 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 que 1/10. La rupture fragile est fréquente sous des charges d'impact extrêmes, et les dommages sont difficiles à réparer. Il est nécessaire d'éviter la concentration des contraintes par la conception structurelle, notamment en utilisant des transitions aux angles arrondis, en multipliant les points d'appui, etc.
Le poids entraîne des limitations du système
La densité du granit est 2,5 fois supérieure à celle de l'alliage d'aluminium, ce qui augmente considérablement le poids total de la plateforme. Cela 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 scénarios nécessitant des mouvements à grande vitesse (comme la table de lithographie).
Anisotropie des matériaux
La distribution des particules minérales du granit naturel est directionnelle, et la dureté et le coefficient de dilatation thermique varient légèrement selon la position (environ ± 5 %). Cela peut introduire des erreurs non négligeables pour les plateformes d'ultra-précision (comme le positionnement à l'échelle nanométrique), qui doivent être améliorées par une sélection rigoureuse des matériaux et un traitement d'homogénéisation (comme la calcination à haute température).
Composant essentiel des équipements industriels de haute précision, la plateforme flottante pneumatique à pression statique de précision est largement utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs, le traitement optique, la mesure de précision et d'autres domaines. Le choix du matériau de base influence directement la stabilité, la précision et la durée de vie de la plateforme. Le granit (granit naturel), aux propriétés physiques uniques, est devenu un matériau populaire pour ces bases de plateforme ces dernières années.
Date de publication : 09/04/2025