첫째, 화강암 기초의 장점
높은 강성과 낮은 열 변형률
화강암은 밀도가 높고(약 2.6~2.8g/cm³), 영률은 50~100GPa에 달해 일반 금속 재료를 훨씬 능가합니다. 이러한 높은 강성은 외부 진동 및 하중으로 인한 변형을 효과적으로 억제하여 에어 플로트 가이드의 평탄도를 보장합니다. 또한, 화강암의 선팽창 계수는 매우 낮아(약 5×10⁻⁶/℃) 알루미늄 합금의 1/3 수준에 불과하며, 온도 변화 환경에서도 열 변형이 거의 발생하지 않아 항온 실험실이나 주야간 온도차가 큰 산업 현장에 특히 적합합니다.
탁월한 감쇠 성능
화강암의 다결정 구조는 자연적인 감쇠 특성을 부여하며, 진동 감쇠 시간은 강철보다 3~5배 빠릅니다. 정밀 가공 과정에서 모터 시동 및 정지, 공구 절삭과 같은 고주파 진동을 효과적으로 흡수하여 이동 플랫폼의 위치 정밀도에 미치는 공진의 영향을 방지할 수 있습니다(일반적인 값은 ±0.1μm 이하).
장기적인 치수 안정성
수억 년에 걸친 지질학적 과정을 거쳐 형성된 화강암은 내부 응력이 완전히 해소된 상태입니다. 금속 재료와 달리, 화강암은 느린 변형으로 인한 잔류 응력이 존재하지 않습니다. 실험 데이터에 따르면, 화강암 기초의 크기 변화는 10년 동안 1μm/m 미만으로, 주철이나 용접 강철 구조물보다 훨씬 우수한 것으로 나타났습니다.
부식 방지 및 유지보수 불필요
화강암은 산성 및 알칼리성 물질, 기름, 습기 등 다양한 환경 요인에 대한 내성이 강하여 금속 바탕재처럼 정기적으로 방청층을 코팅할 필요가 없습니다. 연마 및 광택 처리 후 표면 조도는 Ra 0.2μm 이하로 낮출 수 있어 에어 플로트 가이드 레일의 베어링 표면으로 직접 사용하여 조립 오류를 줄일 수 있습니다.
둘째, 화강암 기초의 한계
처리 난이도 및 비용 문제
화강암은 모스 경도가 6~7에 달하여 정밀 연삭에 다이아몬드 공구가 필요하며, 가공 효율은 금속 재료의 1/5에 불과합니다. 또한, 복잡한 구조의 장부 홈, 나사 구멍 등의 가공 비용이 높고 가공 시간도 길어(예: 2m×1m 플랫폼 가공에 200시간 이상 소요) 전체 비용이 알루미늄 합금 플랫폼보다 30~50% 더 높습니다.
취성 골절 위험
화강암은 압축 강도가 200~300MPa에 달하지만, 인장 강도는 그 1/10에 불과합니다. 극한의 충격 하중을 받으면 취성 파괴가 쉽게 발생하며, 손상된 부분을 복구하기 어렵습니다. 따라서 모서리를 둥글게 처리하거나 지지점을 늘리는 등의 구조 설계를 통해 응력 집중을 방지해야 합니다.
무게는 시스템에 제약을 가져옵니다.
화강암의 밀도는 알루미늄 합금의 2.5배에 달하여 플랫폼 전체 무게가 상당히 증가합니다. 이는 지지 구조의 하중 지지력을 더욱 높여주며, 고속 이동이 필요한 상황(예: 리소그래피 웨이퍼 테이블)에서는 관성 문제로 인해 동적 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
재료 이방성
천연 화강암의 광물 입자 분포는 방향성을 가지며, 위치에 따라 경도와 열팽창 계수가 약간씩 다릅니다(약 ±5%). 이는 나노 스케일 위치 결정과 같은 초정밀 플랫폼에 무시할 수 없는 오차를 유발할 수 있으므로, 엄격한 재료 선택과 균질화 처리(고온 소성 등)를 통해 개선해야 합니다.
고정밀 산업 장비의 핵심 부품인 정밀 정압 공기 부양 플랫폼은 반도체 제조, 광학 가공, 정밀 측정 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 플랫폼의 기반 재료 선택은 플랫폼의 안정성, 정확성 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 최근 들어 독특한 물리적 특성을 지닌 화강암(천연 화강암)이 이러한 플랫폼 기반 재료로 각광받고 있습니다.
게시 시간: 2025년 4월 9일