Việc lựa chọn vật liệu nền đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các mô-đun chuyển động siêu chính xác. Đế bằng đá granit và đế đúc khoáng, là hai lựa chọn chính, mỗi loại đều có những đặc điểm riêng biệt, khác nhau đáng kể về độ ổn định, khả năng duy trì độ chính xác, độ bền và chi phí.
Độ ổn định: Sự nén chặt tự nhiên so với vật liệu composite nhân tạo
Sau hàng triệu năm biến đổi địa chất, đá granit hình thành nên cấu trúc đồng nhất và đặc chắc nhờ sự liên kết tự nhiên của thạch anh, fenspat và các khoáng chất khác. Trong môi trường công nghiệp, nơi các thiết bị lớn tạo ra rung động mạnh, cấu trúc tinh thể phức tạp của đá granit giúp giảm thiểu hiệu quả các nhiễu loạn này, làm giảm biên độ rung động truyền đến các mô-đun chuyển động siêu chính xác lơ lửng trong không khí hơn 80%. Điều này đảm bảo hoạt động trơn tru trong các tác vụ gia công hoặc kiểm tra độ chính xác cao, chẳng hạn như tạo hình chính xác các chip điện tử trong quy trình quang khắc.
Các đế đúc bằng khoáng chất được chế tạo từ các hạt khoáng chất trộn với chất kết dính chuyên dụng, tạo nên cấu trúc bên trong đồng nhất với đặc tính giảm chấn rung động tốt. Mặc dù chúng cung cấp khả năng giảm chấn hiệu quả cho các rung động nói chung và tạo ra môi trường làm việc ổn định cho các mô-đun chuyển động siêu chính xác lơ lửng trong không khí, nhưng hiệu suất của chúng dưới tác động của rung động cường độ cao và kéo dài hơi kém hơn so với đế bằng đá granit. Hạn chế này có thể gây ra những sai sót nhỏ trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.
Khả năng duy trì độ chính xác: Sự giãn nở tự nhiên ở mức thấp so với sự co rút có kiểm soát
Đá granit nổi tiếng với hệ số giãn nở nhiệt cực thấp (thường là 5–7 × 10⁻⁶/°C). Ngay cả trong môi trường có sự biến động nhiệt độ đáng kể, các đế chính xác bằng đá granit vẫn thể hiện sự thay đổi kích thước tối thiểu. Ví dụ, trong các ứng dụng thiên văn, các mô-đun chuyển động siêu chính xác lơ lửng trong không khí làm bằng đá granit đảm bảo độ chính xác định vị thấu kính ở mức dưới micromet cho kính viễn vọng, cho phép các nhà thiên văn học thu được những chi tiết phức tạp của các thiên thể ở xa.
Vật liệu đúc khoáng có thể được điều chế để tối ưu hóa và kiểm soát đặc tính giãn nở nhiệt, đạt được hệ số tương đương hoặc thậm chí thấp hơn so với đá granit. Điều này làm cho chúng phù hợp với các thiết bị đo lường chính xác cao nhạy cảm với nhiệt độ. Tuy nhiên, độ ổn định lâu dài về độ chính xác của chúng vẫn cần được kiểm chứng do các yếu tố như sự lão hóa của chất kết dính, có thể dẫn đến hiệu suất giảm sút trong thời gian sử dụng kéo dài.
Độ bền: Độ cứng cao của đá tự nhiên so với vật liệu composite có khả năng chống mỏi.
Độ cứng cao của đá granit (thang Mohs: 6–7) mang lại khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Trong các phòng thí nghiệm khoa học vật liệu, đế bằng đá granit cho các mô-đun chuyển động siêu chính xác kiểu nổi trên không được sử dụng thường xuyên có khả năng chống lại ma sát kéo dài từ các con trượt, kéo dài chu kỳ bảo trì hơn 50% so với các loại đế thông thường. Mặc dù có ưu điểm này, tính giòn của đá granit lại tiềm ẩn nguy cơ bị vỡ khi va chạm bất ngờ.
Các chất nền đúc khoáng thể hiện đặc tính chống mỏi vượt trội, duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong suốt quá trình chuyển động tịnh tiến tần số cao kéo dài của các mô-đun nổi trên không siêu chính xác. Ngoài ra, chúng còn có khả năng chống ăn mòn hóa học nhẹ, tăng cường độ bền trong môi trường ăn mòn nhẹ. Tuy nhiên, trong điều kiện khắc nghiệt như độ ẩm cao, chất kết dính trong các chất nền đúc khoáng có thể bị phân hủy, làm giảm độ bền tổng thể của chúng.
Chi phí sản xuất và độ khó gia công**: Những thách thức của việc khai thác đá tự nhiên so với các quy trình đúc nhân tạo
Khai thác và vận chuyển đá granit đòi hỏi hậu cần phức tạp, trong khi việc chế biến cần thiết bị và kỹ thuật tiên tiến. Do độ cứng và độ giòn cao, các hoạt động như cắt, mài và đánh bóng thường dẫn đến tỷ lệ phế phẩm cao, làm tăng chi phí sản xuất.
Ngược lại, việc sản xuất các vật liệu đúc bằng khoáng chất đòi hỏi các khuôn và quy trình chuyên biệt. Mặc dù việc phát triển khuôn ban đầu tốn kém đáng kể, nhưng việc sản xuất hàng loạt sau đó sẽ trở nên có lợi về mặt kinh tế một khi khuôn đã được hoàn thiện.
Thời gian đăng bài: 08/04/2025