첫째, 화강암 바닥의 장점
높은 강성과 낮은 열 변형
화강암은 밀도가 높고(약 2.6~2.8 g/cm³) 영률은 50~100 GPa에 달하여 일반 금속 재료보다 훨씬 뛰어납니다. 이러한 높은 강성은 외부 진동 및 하중 변형을 효과적으로 억제하고 에어 플로트 가이드의 평탄도를 보장합니다. 동시에 화강암의 선팽창 계수는 매우 낮아(약 5×10⁻⁶/℃) 알루미늄 합금의 1/3에 불과하며, 온도 변화 환경에서도 열 변형이 거의 발생하지 않습니다. 특히 항온 실험실이나 주야간 온도 차이가 큰 산업 현장에 적합합니다.
우수한 댐핑 성능
화강암의 다결정 구조는 자연적인 감쇠 특성을 가지며, 진동 감쇠 시간은 강철보다 3~5배 빠릅니다. 정밀 가공 과정에서 모터 시동 및 정지, 공구 절삭 등 고주파 진동을 효과적으로 흡수하고, 이동 플랫폼의 위치 정확도에 공진이 미치는 영향을 방지할 수 있습니다(일반적으로 최대 ±0.1μm).
장기 치수 안정성
수억 년에 걸친 지질학적 과정을 거쳐 화강암이 형성되면서, 느린 변형으로 인한 잔류 응력으로 인해 금속 재료와는 달리 내부 응력이 완전히 해소되었습니다. 실험 데이터에 따르면 화강암 기저부의 크기 변화는 10년 동안 1μm/m 미만으로, 주철이나 용접 강 구조물보다 훨씬 우수합니다.
부식 방지 및 유지 보수 불필요
화강암은 산, 알칼리, 기름, 습기 등 환경 요인에 대한 내성이 뛰어나 금속 기판처럼 정기적으로 방청층을 코팅할 필요가 없습니다. 연삭 및 연마 후 표면 조도는 Ra 0.2μm 이하로, 에어 플로트 가이드 레일의 베어링 표면으로 직접 사용되어 조립 오류를 줄일 수 있습니다.
둘째, 화강암 기초의 한계
처리의 어려움과 비용 문제
화강암은 모스 경도가 6~7로, 정밀 연삭을 위해 다이아몬드 공구를 사용해야 하며, 가공 효율은 금속 소재의 1/5에 불과합니다. 더브테일 홈, 나사 구멍 등의 구조가 복잡하여 가공 비용이 높고 가공 주기가 깁니다(예: 2m×1m 플랫폼 가공에는 200시간 이상 소요). 따라서 전체 비용은 알루미늄 합금 플랫폼보다 30~50% 더 높습니다.
취성 파괴 위험
압축 강도는 200~300MPa에 달할 수 있지만, 화강암의 인장 강도는 그 1/10에 불과합니다. 극한의 충격 하중에서는 취성 파괴가 발생하기 쉽고, 손상 부위를 복구하기 어렵습니다. 따라서 둥근 모서리 전이부 사용, 지지점 수 증가 등 구조 설계를 통해 응력 집중을 방지해야 합니다.
무게는 시스템 제한을 가져온다
화강암의 밀도는 알루미늄 합금의 2.5배로, 플랫폼의 전체 중량이 상당히 증가합니다. 이로 인해 지지 구조의 지지력이 더욱 요구되며, 고속 이동이 필요한 상황(예: 리소그래피 웨이퍼 테이블)에서는 관성 문제로 인해 동적 성능이 저하될 수 있습니다.
재료 이방성
천연 화강암의 광물 입자 분포는 방향성을 띠며, 위치에 따라 경도와 열팽창 계수가 미세하게 다릅니다(약 ±5%). 이는 초정밀 플랫폼(예: 나노스케일 위치 결정)에 무시할 수 없는 오차를 유발할 수 있으며, 엄격한 재료 선정 및 균질화 처리(예: 고온 소성)를 통해 개선해야 합니다.
고정밀 산업 장비의 핵심 부품인 정밀 정압 공기 부유 플랫폼은 반도체 제조, 광학 처리, 정밀 측정 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 모재 선택은 플랫폼의 안정성, 정확도 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 독특한 물리적 특성을 가진 화강암(천연 화강암)은 최근 이러한 플랫폼 베이스의 주요 소재로 각광받고 있습니다.
게시 시간: 2025년 4월 9일