Згодна са строгімі патрабаваннямі высокай дакладнасці і надзейнасці ў паўправадніковай прамысловасці, граніт, хоць і з'яўляецца адным з асноўных матэрыялаў, мае пэўныя абмежаванні ў сваіх уласцівасцях. Вось яго асноўныя недахопы і праблемы ў практычным ужыванні:
Па-першае, матэрыял вельмі далікатны і цяжка апрацоўваецца.
Рызыка расколін: Граніт — гэта, па сутнасці, натуральны камень з натуральнымі мікратрэшчынамі і межамі мінеральных часціц унутры, і гэта тыповы далікатны матэрыял. Пры звышдакладнай апрацоўцы (напрыклад, нанамаштабным шліфаванні і апрацоўцы складаных крывалінейных паверхняў), калі сіла нераўнамерная або параметры апрацоўкі неадпаведныя, схільныя да ўзнікнення такіх праблем, як сколы і распаўсюджванне мікратрэшчынаў, што прыводзіць да разбурэння апрацоўванай дэталі.
Нізкая эфектыўнасць апрацоўкі: каб пазбегнуць далікатнага разбурэння, патрабуюцца спецыяльныя працэсы, такія як нізкахуткаснае шліфаванне алмазнымі шліфавальнымі кругамі і магнітарэалагічная паліроўка. Цыкл апрацоўкі на 30%-50% даўжэйшы, чым у металічных матэрыялаў, а інвестыцыйныя выдаткі на абсталяванне высокія (напрыклад, кошт пяцівосевага апрацоўчага цэнтра з рычажным механізмам перавышае 10 мільёнаў юаняў).
Абмежаванні складанай канструкцыі: складана вырабляць полыя лёгкія канструкцыі шляхам ліцця, коўкі і іншых працэсаў. У асноўным выкарыстоўваецца ў простых геаметрычных формах, такіх як пліты і асновы, і яго прымяненне абмежавана ў абсталяванні, якое патрабуе няправільных апор або ўнутранай інтэграцыі трубаправодаў.
Па-другое, высокая шчыльнасць прыводзіць да вялікай нагрузкі на абсталяванне
Складанасці ў апрацоўцы і мантажы: шчыльнасць граніту складае прыблізна 2,6-3,0 г/см³, а яго вага ў 1,5-2 разы большая за вагу чыгуну пры тым жа аб'ёме. Напрыклад, вага гранітнай асновы для фоталітаграфічнай машыны можа дасягаць ад 5 да 10 тон, што патрабуе спецыяльнага пад'ёмнага абсталявання і ўдаратрывалага падмурка, што павялічвае кошт будаўніцтва завода і разгортвання абсталявання.
Затрымка дынамічнага водгуку: высокая інерцыя абмяжоўвае паскарэнне рухомых частак абсталявання (напрыклад, робатаў для перадачы пласцін). У сітуацыях, калі патрабуецца хуткі запуск і прыпынак (напрыклад, высакахуткаснае абсталяванне для кантролю), гэта можа паўплываць на рытм вытворчасці і знізіць эфектыўнасць.
Па-трэцяе, высокі кошт рамонту і ітэрацыі
Дэфекты цяжка выправіць: калі падчас выкарыстання ўзнікае знос паверхні або пашкоджанне ад сутыкнення, выраб неабходна вярнуць на завод для рамонту з дапамогай прафесійнага шліфавальнага абсталявання, з якім немагчыма хутка справіцца на месцы. У адрозненне ад гэтага, металічныя кампаненты можна адразу ж адрамантаваць такімі метадамі, як кропкавая зварка і лазернае плакаванне, што прыводзіць да скарачэння часу прастою.
Цыкл ітэрацый праектавання доўгі: адрозненні ў натуральных гранітных жылах могуць выклікаць невялікія ваганні ўласцівасцей матэрыялу (напрыклад, каэфіцыент цеплавога пашырэння і каэфіцыент затухання) розных партый. Калі канструкцыя абсталявання змяняецца, уласцівасці матэрыялу неабходна перагледзець, і цыкл праверкі даследаванняў і распрацовак адносна працяглы.
Iv. Абмежаваныя рэсурсы і экалагічныя праблемы
Натуральны камень не аднаўляльны: высакаякасны граніт (напрыклад, «зялёны Цзінань» і «чорны кунжут», які выкарыстоўваецца ў паўправадніках) здабываецца ў пэўных жылах, мае абмежаваныя запасы, а яго здабыча абмяжоўваецца палітыкай аховы навакольнага асяроддзя. З пашырэннем паўправадніковай прамысловасці можа ўзнікнуць рызыка нестабільных паставак сыравіны.
Праблемы забруджвання пры апрацоўцы: падчас працэсаў рэзкі і шліфоўкі ўтвараецца вялікая колькасць гранітнага пылу (які змяшчае дыяксід крэмнію). Калі з ім не апрацоўваць належным чынам, гэта можа выклікаць сілікоз. Акрамя таго, сцёкавыя воды неабходна ачышчаць шляхам адстойвання перад скідам, што павялічвае інвестыцыі ў ахову навакольнага асяроддзя.
Пятае. Недастатковая сумяшчальнасць з новымі працэсамі
Абмежаванні вакуумнага асяроддзя: некаторыя паўправадніковыя працэсы (напрыклад, вакуумнае пакрыццё і электронна-прамянёвая літаграфія) патрабуюць падтрымання высокага вакууму ўнутры абсталявання. Аднак мікрапоры на паверхні граніту могуць адсарбаваць малекулы газу, якія павольна вызваляюцца і ўплываюць на стабільнасць ступені вакууму. Таму неабходна дадатковая апрацоўка паверхні ўшчыльненнем (напрыклад, прапітканне смалой).
Праблемы электрамагнітнай сумяшчальнасці: граніт — гэта ізаляцыйны матэрыял. У выпадках, калі патрабуецца разрад статычнай электрычнасці або электрамагнітнае экранаванне (напрыклад, для платформ электрастатычнай адсорбцыі пласцін), неабходна наносіць металічныя пакрыцці або праводзячыя плёнкі, што павялічвае складанасць канструкцыі і яе кошт.
Стратэгія рэагавання галіны
Нягледзячы на вышэйзгаданыя недахопы, паўправадніковая прамысловасць часткова кампенсавала недахопы граніту дзякуючы тэхналагічным інавацыям:
Кампазітная канструкцыя: у ёй выкарыстоўваецца камбінацыя «гранітная аснова + металічны каркас», улічваючы як калянасць, так і лёгкую вагу (напрыклад, пэўны вытворца фоталітаграфічных машын убудоўвае сотавую структуру з алюмініевага сплаву ў гранітную аснову, што зніжае вагу на 40%).
Штучныя сінтэтычныя альтэрнатыўныя матэрыялы: распрацоўка керамічных матрычных кампазітаў (напрыклад, карбідкрэмніевай керамікі) і штучных камянёў на аснове эпаксіднай смалы для імітацыі тэрмаўстойлівасці і вібрацыйнай устойлівасці граніту, адначасова павышаючы гнуткасць апрацоўкі.
Інтэлектуальная тэхналогія апрацоўкі: дзякуючы ўкараненню алгарытмаў штучнага інтэлекту для аптымізацыі шляху апрацоўкі, мадэлявання напружанняў для прагназавання рызыкі расколін і спалучэнню анлайн-выяўлення для карэкціроўкі параметраў у рэжыме рэальнага часу, узровень браку пры апрацоўцы быў зніжаны з 5% да менш чым 1%.
Кароткі змест
Недахопы граніту ў паўправадніковай прамысловасці ў асноўным вынікаюць з гульні паміж яго прыроднымі ўласцівасцямі матэрыялу і прамысловымі патрабаваннямі. З развіццём тэхналогій і распрацоўкай альтэрнатыўных матэрыялаў яго сцэнарыі прымянення могуць паступова скарачацца да «незаменных асноўных эталонных кампанентаў» (такіх як гідрастатычныя накіроўвалыя для фоталітаграфічных машын і звышдакладных вымяральных платформаў), паступова саступаючы месца больш гнуткім інжынерным матэрыялам у некрытычных структурных кампанентах. У будучыні пытанне балансу паміж прадукцыйнасцю, коштам і ўстойлівасцю будзе прадметам даследаванняў у галіне.
Час публікацыі: 24 мая 2025 г.