Přesné žulové plošiny s vysokou tuhostí, nízkým koeficientem roztažnosti, vynikajícím tlumením a přirozenými antimagnetickými vlastnostmi mají nenahraditelnou hodnotu v oblastech špičkové výroby a vědeckého výzkumu, kde je vysoká náročnost na přesnost a stabilitu. Následují jejich hlavní scénáře použití a technické výhody:
I. Oblast ultrapřesných obráběcích zařízení
Zařízení pro výrobu polovodičů
Scénáře použití: Stůl obrobků litografického stroje, základna stroje na krájení destiček, polohovací platforma pro balicí zařízení.
Technická hodnota:
Koeficient tepelné roztažnosti žuly je pouze (0,5-1,0) × 10⁻⁶/℃, což odolává kolísání teploty během expozice litografického stroje v nanoměřítku (chyba posunutí < 0,1 nm v prostředí ±0,1 ℃).
Vnitřní mikroporézní struktura vytváří přirozené tlumení (tlumící poměr 0,05 až 0,1), potlačuje vibrace (amplituda < 2 μm) během vysokorychlostního řezání krájecím strojem a zajišťuje, že drsnost hrany Ra řezané destičky je menší než 1 μm.
2. Přesné brusky a souřadnicové měřicí stroje (CMM)
Případová studie:
Základna třísouřadnicového měřicího stroje má integrovanou žulovou konstrukci s rovinností ±0,5 μm/m. V kombinaci s vzduchově plovoucí vodicí lištou dosahuje přesnosti pohybu na nanoúrovni (přesnost opakovaného polohování ±0,1 μm).
Pracovní stůl optické brusky je vyroben z kompozitní struktury žuly a stříbrné oceli. Při broušení skla K9 je vlnitost povrchu menší než λ/20 (λ=632,8 nm), což splňuje požadavky na ultra hladké obrábění laserových čoček.
II. Oblast optiky a fotoniky
Astronomické dalekohledy a laserové systémy
Typické aplikace:
Nosná platforma odrazové plochy velkého radioteleskopu má žulovou voštinovou strukturu, která je lehká (hustota 2,7 g/cm³) a má silnou odolnost proti vibracím větru (deformace < 50 μm při větru o síle 10 stupňů).
Optická platforma laserového interferometru využívá mikroporézní žulu. Reflektor je fixován vakuovou adsorpcí s chybou rovinnosti menší než 5 nm, což zajišťuje stabilitu ultrapřesných optických experimentů, jako je detekce gravitačních vln.
2. Přesné zpracování optických součástek
Technické výhody:
Magnetická permeabilita a elektrická vodivost žulové platformy se blíží nule, což zabraňuje vlivu elektromagnetického rušení na přesné procesy, jako je leštění iontovým svazkem (IBF) a magnetoreologické leštění (MRF). Hodnota přesnosti tvaru povrchu PV zpracované asfické čočky může dosáhnout λ/100.
Iii. Letecký a přesný průmysl
Platforma pro kontrolu leteckých komponentů
Aplikační scénáře: Trojrozměrná kontrola lopatek letadel, měření tvarových a polohových tolerancí konstrukčních součástí z leteckých hliníkových slitin.
Klíčový výkon:
Povrch žulové plošiny je ošetřen elektrolytickou korozí za vzniku jemných vzorů (s drsností Ra 0,4-0,8 μm), vhodných pro vysoce přesné spouštěcí sondy, a chyba detekce profilu lopatky je menší než 5 μm.
Dokáže odolat zatížení přes 200 kg leteckých komponentů a změna rovinnosti po dlouhodobém používání je menší než 2 μm/m, což splňuje požadavky na přesnou údržbu stupně 10 v leteckém průmyslu.
2. Kalibrace inerciálních navigačních komponent
Technické požadavky: Statická kalibrace inerciálních zařízení, jako jsou gyroskopy a akcelerometry, vyžaduje ultrastabilní referenční platformu.
Řešení: Žulová plošina je kombinována s aktivním systémem pro izolaci vibrací (vlastní frekvence < 1 Hz), čímž se dosahuje vysoce přesné kalibrace stability nulového posunu inerciálních složek < 0,01°/h v prostředí s vibračním zrychlením < 1×10⁻⁴g.
Iv. Nanotechnologie a biomedicína
Platforma skenovacího sondového mikroskopu (SPM)
Základní funkce: Jako základ pro mikroskopii atomárních sil (AFM) a skenovací tunelovou mikroskopii (STM) je nutné ji izolovat od vibrací prostředí a tepelného driftu.
Ukazatele výkonnosti:
Žulová platforma v kombinaci s pneumatickými nožičkami pro izolaci vibrací dokáže snížit přenosovou rychlost vnějších vibrací (1–100 Hz) na méně než 5 %, čímž se dosahuje zobrazování AFM na atomární úrovni v atmosférickém prostředí (rozlišení < 0,1 nm).
Teplotní citlivost je menší než 0,05 μm/℃, což splňuje požadavky pro pozorování biologických vzorků v nanoměřítku v prostředí s konstantní teplotou (37 ℃ ± 0,1 ℃).
2. Zařízení pro balení biočipů
Příklad použití: Vysoce přesná zarovnávací platforma pro čipy pro sekvenování DNA využívá žulové vzduchem plovoucí vodicí lišty s přesností polohování ±0,5 μm, což zajišťuje submikronové spojení mezi mikrofluidním kanálem a detekční elektrodou.
V. Nově vznikající aplikační scénáře
Základna kvantového výpočetního vybavení
Technické výzvy: Manipulace s qubity vyžaduje extrémně nízké teploty (na úrovni mK) a ultrastabilní mechanické prostředí.
Řešení: Extrémně nízká tepelná roztažnost žuly (rychlost roztažnosti < 1 ppm od -200 ℃ do pokojové teploty) se vyrovná kontrakčním charakteristikám supravodivých magnetů s ultranízkými teplotami, což zajišťuje přesnost zarovnání během balení kvantových čipů.
2. Systém elektronové litografie (EBL)
Klíčový výkon: Izolační vlastnost žulové platformy (rezistivita > 10¹³Ω · m) zabraňuje rozptylu elektronového paprsku. V kombinaci s elektrostatickým pohonem vřetena dosahuje vysoce přesného litografického zápisu vzorů s nanoměřítkovou šířkou čáry (< 10 nm).
Shrnutí
Aplikace přesných granitových platforem se rozšířila od tradičních přesných strojů až po špičkové oblasti, jako jsou nanotechnologie, kvantová fyzika a biomedicína. Jejich hlavní konkurenceschopnost spočívá v hlubokém propojení materiálových vlastností a technických požadavků. V budoucnu, s integrací technologií kompozitních výztužných technologií (jako jsou grafen-žulové nanokompozity) a inteligentních senzorických technologií, se granitové platforem prolomí směrem k přesnosti na atomární úrovni, stabilitě v plném teplotním rozsahu a multifunkční integraci a stanou se základními komponenty podporujícími novou generaci ultrapřesné výroby.
Čas zveřejnění: 28. května 2025