Nan domèn fabrikasyon presizyon, move konsepsyon komen an se ke "pi gwo dansite = pi gwo rijidite = pi gwo presizyon". Baz granit la, ak yon dansite 2.6-2.8g/cm³ (7.86g/cm³ pou fè fonn), rive nan yon presizyon ki depase mikwomèt oswa menm nanomèt. Dèyè fenomèn "kont-entwisyon" sa a gen yon sinèji pwofon ant mineraloji, mekanik ak teknik pwosesis yo. Sa ki annapre a analize prensip syantifik li yo apati kat dimansyon prensipal yo.
1. Dansite ≠ Rijidite: Wòl desizif estrikti materyèl la
Estrikti kristal "nido myèl natirèl" granit la
Granit konpoze de kristal mineral tankou kwatz (SiO₂) ak fèlspa (KAlSi₃O₈), ki lye sere pa lyezon iyonik/kovalan, pou fòme yon estrikti ki sanble ak yon siwo myèl ki konekte youn ak lòt. Estrikti sa a ba li atribi inik:
Rezistans konpresiv la konparab ak sa ki nan fè fonn: li rive nan 100-200 mpa (100-250 mpa pou fè fonn gri), men modil elastik la pi ba (70-100 gpa vs 160-200 gpa pou fè fonn), sa vle di li gen mwens chans pou sibi defòmasyon plastik anba fòs.
Liberasyon natirèl estrès entèn: Granit la sibi vyeyisman pandan plizyè santèn milyon ane nan pwosesis jewolojik, epi estrès rezidyèl entèn lan apwoche zewo. Lè fè fonn refwadi (ak yon vitès refwadisman > 50 ℃/s), li pwodui yon estrès entèn ki rive jiska 50-100 mpa, ki bezwen elimine pa yon rekui atifisyèl. Si tretman an pa byen fèt, li gen tandans defòme pandan itilizasyon alontèm.
2. Estrikti metal "plizyè defo" nan fè fonn
Fè fonn se yon alyaj fè-kabòn, epi li gen domaj tankou grafit flokon, porositë ak porositë kontraksyon anndan.
Matris fragmentasyon grafit: Grafit flokon ekivalan a "mikro-fant" entèn yo, sa ki lakòz yon rediksyon 30%-50% nan zòn aktyèl fè fonn lan ki sipòte chay la. Malgre ke fòs konpresiv la wo, fòs fleksyon an ba (sèlman 1/5-1/10 nan fòs konpresiv la), epi li gen tandans pou fann akòz konsantrasyon estrès lokal la.
Dansite ki wo men distribisyon mas inegal: Fè fonn gen 2% a 4% kabòn. Pandan fonn lan, segregasyon eleman kabòn yo ka lakòz varyasyon dansite ±3%, alòske granit la gen yon inifòmite distribisyon mineral ki plis pase 95%, sa ki asire estabilite estriktirèl.
Dezyèmman, avantaj presizyon dansite ki ba a: doub sipresyon chalè ak Vibration
"Avantaj natirèl" nan kontwòl defòmasyon tèmik la
Koyefisyan ekspansyon tèmik la varye anpil: granit se 0.6-5×10⁻⁶/℃, alòske fè fonn se 10-12×10⁻⁶/℃. Pran baz 10 mèt la kòm egzanp. Lè tanperati a chanje pa 10℃:
Ekspansyon ak kontraksyon granit: 0.06-0.5mm
Ekspansyon ak kontraksyon fè jete: 1-1.2mm
Diferans sa a fè granit prèske "zewo defòmasyon" nan yon anviwònman ki kontwole tanperati avèk presizyon (tankou ±0.5 ℃ nan yon atelye semi-kondiktè), alòske fè jete mande yon sistèm konpansasyon tèmik adisyonèl.
Diferans nan konduktivite tèmik: Konduktivite tèmik granit la se 2-3W/(m · K), ki se sèlman 1/20-1/30 nan konduktivite tèmik fè fonn (50-80W/(m · K)). Nan senaryo chofaj ekipman (tankou lè tanperati motè a rive nan 60℃), gradyan tanperati sifas granit la mwens pase 0.5℃/m, alòske fè fonn ka rive nan 5-8℃/m, sa ki lakòz yon ekspansyon lokal inegal epi afekte dwatès ray gid la.
2. Efè "amortisman natirèl" nan sipresyon Vibration an
Mekanis disipasyon enèji limit grenn entèn: Mikwo-frakti yo ak glisman limit grenn ant kristal granit yo ka rapidman disipe enèji vibrasyon an, ak yon rapò amortisman 0.3-0.5 (alòske pou fè fonn li se sèlman 0.05-0.1). Eksperyans lan montre ke nan yon vibrasyon 100Hz:
Li pran 0.1 segonn pou anplitid granit la diminye a 10%.
Fè fonn pran 0.8 segonn
Diferans sa a pèmèt granit la estabilize imedyatman nan ekipman k ap deplase gwo vitès (tankou eskanè 2m/s nan tèt kouch la), pou evite domaj "mak vibrasyon" yo.
Efè ranvèse mas inèsyèl la: Dansite ki ba vle di mas la pi piti nan menm volim nan, epi fòs inèsyèl la (F=ma) ak momantòm (p=mv) pati k ap deplase a pi ba. Pa egzanp, lè yo akselere yon ankadreman gantry granit 10 mèt (ki peze 12 tòn) a 1.5G konpare ak yon ankadreman fè fonn (20 tòn), fòs kondwi ki nesesè a redwi pa 40%, enpak demaraj-arè a diminye, epi presizyon pozisyon an amelyore plis toujou.
Iii. Avansman nan teknoloji presizyon pwosesis "endepandan de dansite"
1. Adaptabilite nan pwosesis ultra-presizyon
Kontwòl "nivo kristal" pou fanm k'ap pile ak polisaj: Malgre dite granit la (6-7 sou echèl Mohs la) pi wo pase sa ki nan fè fonn (4-5 sou echèl Mohs la), estrikti mineral li inifòm epi li ka retire atomikman atravè abrazif dyaman + polisaj mayetorheolojik (epesè polisaj sèl < 10nm), epi aspè sifas Ra a ka rive nan 0.02μm (nivo glas). Sepandan, akòz prezans patikil grafit mou nan fè fonn, "efè furplough" la gen tandans rive pandan fanm k'ap pile, epi aspè sifas la difisil pou pi ba pase Ra 0.8μm.
Avantaj "estrès ki ba" nan machin CNC: Lè w ap trete granit, fòs koupe a se sèlman 1/3 nan fòs fè fonn (akòz dansite ki ba li yo ak modil elastik ki ba li yo), sa ki pèmèt vitès wotasyon ki pi wo (100,000 revolisyon pa minit) ak vitès avansman (5000mm/min), sa ki diminye mete zouti epi amelyore efikasite pwosesis la. Yon sèten ka machin senk aks montre ke tan pwosesis pou rainur gid granit la se 25% pi kout pase sa ki nan fè fonn, pandan ke presizyon an amelyore a ±2μm.
2. Diferans nan "efè kimilatif" erè asanblaj yo
Reyaksyon an chèn pou diminye pwa konpozan yo: Konpozan tankou motè ak ray gid ki asosye ak baz ki gen dansite ki ba yo ka diminye an menm tan. Pa egzanp, lè puisans yon motè lineyè diminye pa 30%, jenerasyon chalè li ak vibrasyon li diminye tou kòmsadwa, sa ki fòme yon sik pozitif "presizyon amelyore - konsomasyon enèji redwi".
Retansyon presizyon alontèm: Rezistans granit la gen 15 fwa plis rezistans korozyon pase fè fonn (kwatz reziste ewozyon asid ak alkali). Nan yon anviwònman bwouya asid semi-kondiktè, chanjman nan aspè sifas la apre 10 ane itilizasyon se mwens pase 0.02 μm, alòske fè fonn bezwen moulen ak reparasyon chak ane, ak yon erè kimilatif ± 20 μm.
Iv. Prèv Endistriyèl: Pi bon Egzanp Dansite ki Ba ≠ Pèfòmans ki Ba
Ekipman pou fè tès semi-kondiktè
Done konparezon yon sèten platfòm enspeksyon wafer:
2. Enstriman optik presizyon
Sipò detektè enfrawouj Teleskòp James Webb NASA a fèt ak granit. Se jisteman lè yo pwofite dansite ki ba li a (ki diminye chay satelit la) ak ekspansyon tèmik ki ba li a (ki estab nan tanperati ultra-ba -270 ℃) ke yo asire presizyon aliyman optik nan nivo nano, pandan y ap elimine risk pou fè fonn vin frajil nan tanperati ki ba.
Konklizyon: Inovasyon "kont sans komen" nan syans materyèl
Avantaj presizyon baz granit yo esansyèlman chita nan viktwa lojik materyèl "inifòmite estriktirèl > dansite, estabilite chòk tèmik > rijidite senp". Non sèlman dansite ki ba li a pa vin tounen yon pwen fèb, men li te reyalize tou yon so nan presizyon atravè mezi tankou diminye inèsi, optimize kontwòl tèmik, ak adapte a pwosesis ultra-presizyon. Fenomèn sa a revele lwa fondamantal fabrikasyon presizyon: pwopriyete materyèl yo se yon balans konplè paramèt milti-dimansyonèl olye ke yon senp akimilasyon endikatè endividyèl. Avèk devlopman nanoteknoloji ak fabrikasyon vèt, materyèl granit ki ba-dansite ak pèfòmans segondè yo ap redefini pèsepsyon endistriyèl "lou" ak "lejè", "rijid" ak "fleksib", ouvri nouvo chemen pou fabrikasyon wo nivo.
Dat piblikasyon: 19 me 2025