නිරවද්‍ය නිෂ්පාදන ක්ෂේත්‍රයේ, පොදු වැරදි වැටහීමක් වන්නේ "ඉහළ ඝනත්වය = ශක්තිමත් දෘඪතාව = ඉහළ නිරවද්‍යතාවය" යන්නයි. 2.6-2.8g/cm³ (වාත්තු යකඩ සඳහා 7.86g/cm³) ඝනත්වයක් සහිත ග්‍රැනයිට් පාදය, මයික්‍රොමීටර හෝ නැනෝමීටර පවා ඉක්මවා යන නිරවද්‍යතාවයක් ලබා ගෙන ඇත. මෙම "ප්‍රති-බුද්ධිමය" සංසිද්ධිය පිටුපස ඛනිජ විද්‍යාව, යාන්ත්‍ර විද්‍යාව සහ සැකසුම් ශිල්පීය ක්‍රමවල ගැඹුරු සහජීවනය පවතී. පහත දැක්වෙන්නේ එහි විද්‍යාත්මක මූලධර්ම ප්‍රධාන මානයන් හතරකින් විශ්ලේෂණය කරයි.
1. ඝනත්වය ≠ දෘඪතාව: ද්‍රව්‍ය ව්‍යුහයේ තීරණාත්මක කාර්යභාරය
ග්‍රැනයිට් වල "ස්වාභාවික පැණි වද" ස්ඵටික ව්‍යුහය
ග්‍රැනයිට් ක්වාර්ට්ස් (SiO₂) සහ ෆෙල්ඩ්ස්පාර් (KAlSi₃O₈) වැනි ඛනිජ ස්ඵටික වලින් සමන්විත වන අතර ඒවා අයනික/සහසංයුජ බන්ධන මගින් සමීපව බන්ධනය වී අන්තර් සම්බන්ධිත පැණි වදයක් වැනි ව්‍යුහයක් සාදයි. මෙම ව්‍යුහය එයට අද්විතීය ගුණාංග ලබා දෙයි:
සම්පීඩ්‍යතා ශක්තිය වාත්තු යකඩවලට සමාන වේ: 100-200 mpa (අළු වාත්තු යකඩ සඳහා 100-250 mpa) දක්වා ළඟා වේ, නමුත් ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකය අඩුය (වාත්තු යකඩ සඳහා 70-100 gpa vs 160-200 gpa), එයින් අදහස් වන්නේ එය බලය යටතේ ප්ලාස්ටික් විරූපණයට ලක්වීමට ඇති ඉඩකඩ අඩු බවයි.
අභ්‍යන්තර ආතතිය ස්වභාවිකව මුදා හැරීම: ග්‍රැනයිට් වසර මිලියන සිය ගණනක භූ විද්‍යාත්මක ක්‍රියාවලීන් හරහා වයසට ගොස් ඇති අතර අභ්‍යන්තර අවශේෂ ආතතිය ශුන්‍යයට ළඟා වේ. වාත්තු යකඩ සිසිල් කළ විට (සිසිලන අනුපාතය > 50℃/s සමඟ), අභ්‍යන්තර ආතතිය 50-100 mpa තරම් ඉහළ අගයක් ගනී, එය කෘතිම ඇනීලිං මගින් ඉවත් කළ යුතුය. ප්‍රතිකාරය සම්පූර්ණ නොවේ නම්, දිගු කාලීන භාවිතයේදී එය විරූපණයට ලක් වේ.
2. වාත්තු යකඩවල "බහු-දෝෂ" ලෝහ ව්‍යුහය
වාත්තු යකඩ යනු යකඩ-කාබන් මිශ්‍ර ලෝහයක් වන අතර, එහි ඇතුළත ග්‍රැෆයිට් පෙති, සිදුරු සහ හැකිලීමේ සිදුරු වැනි දෝෂ ඇත.
ග්‍රැෆයිට් ඛණ්ඩන අනුකෘතිය: ෆ්ලේක් ග්‍රැෆයිට් අභ්‍යන්තර "ක්ෂුද්‍ර ඉරිතැලීම්" වලට සමාන වන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස වාත්තු යකඩවල සැබෑ බර දරණ ප්‍රදේශය 30%-50% කින් අඩු වේ. සම්පීඩ්‍යතා ශක්තිය ඉහළ වුවද, නම්‍යශීලී ශක්තිය අඩුය (සම්පීඩක ශක්තියෙන් 1/5-1/10 ක් පමණි), සහ දේශීය ආතති සාන්ද්‍රණය හේතුවෙන් එය ඉරිතැලීම් වලට ගොදුරු වේ.
අධික ඝනත්වයක් ඇති නමුත් අසමාන ස්කන්ධ ව්‍යාප්තිය: වාත්තු යකඩවල කාබන් 2% සිට 4% දක්වා අඩංගු වේ. වාත්තු කිරීමේදී, කාබන් මූලද්‍රව්‍ය වෙන් කිරීම ±3% ක ඝනත්ව උච්චාවචනයන්ට හේතු විය හැකි අතර, ග්‍රැනයිට් වල ඛනිජ ව්‍යාප්තියේ ඒකාකාරිත්වය 95% ට වඩා වැඩි වන අතර එමඟින් ව්‍යුහාත්මක ස්ථායිතාව සහතික කෙරේ.
දෙවනුව, අඩු ඝනත්වයේ නිරවද්‍ය වාසිය: තාපය සහ කම්පනය ද්විත්ව මර්දනය
තාප විරූපණ පාලනයේ "සහජ වාසිය"
තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකය බෙහෙවින් වෙනස් වේ: ග්‍රැනයිට් 0.6-5×10⁻⁶/℃ වන අතර, වාත්තු යකඩ 10-12×10⁻⁶/℃ වේ. උදාහරණයක් ලෙස මීටර් 10 ක පාදය ගන්න. උෂ්ණත්වය 10℃ කින් වෙනස් වන විට:
ග්‍රැනයිට් ප්‍රසාරණය සහ හැකිලීම: 0.06-0.5mm
වාත්තු යකඩ ප්‍රසාරණය සහ හැකිලීම: 1-1.2mm
මෙම වෙනස නිශ්චිතවම උෂ්ණත්ව පාලිත පරිසරයක (අර්ධ සන්නායක වැඩමුළුවක ±0.5℃ වැනි) ග්‍රැනයිට් "ශුන්‍ය විරූපණය" බවට පත් කරයි, නමුත් වාත්තු යකඩ සඳහා අමතර තාප වන්දි පද්ධතියක් අවශ්‍ය වේ.
තාප සන්නායකතා වෙනස: ග්‍රැනයිට් වල තාප සන්නායකතාවය 2-3W/(m · K) වන අතර එය වාත්තු යකඩ (50-80W/(m · K)) වලින් 1/20-1/30 ක් පමණි. උපකරණ රත් කිරීමේ අවස්ථා වලදී (මෝටර් උෂ්ණත්වය 60℃ දක්වා ළඟා වූ විට වැනි), ග්‍රැනයිට් වල මතුපිට උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමය 0.5℃/m ට වඩා අඩු වන අතර, වාත්තු යකඩ වල 5-8℃/m දක්වා ළඟා විය හැකි අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස අසමාන දේශීය ප්‍රසාරණයක් ඇති වන අතර මාර්ගෝපදේශක දුම්රියේ සෘජු බව කෙරෙහි බලපායි.
2. කම්පන මර්දනයේ "ස්වාභාවික තෙතමනය" බලපෑම
අභ්‍යන්තර ධාන්‍ය මායිම් ශක්ති විසර්ජන යාන්ත්‍රණය: ග්‍රැනයිට් ස්ඵටික අතර ක්ෂුද්‍ර අස්ථි බිඳීම් සහ ධාන්‍ය මායිම් ලිස්සා යාම 0.3-0.5 ක තෙතමනය අනුපාතයක් සහිත කම්පන ශක්තිය වේගයෙන් විසුරුවා හැරිය හැක (වාත්තු යකඩ සඳහා එය 0.05-0.1 ක් පමණි). 100Hz කම්පනයකදී අත්හදා බැලීමෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ:
ග්‍රැනයිට් වල විස්තාරය 10% දක්වා ක්ෂය වීමට තත්පර 0.1 ක් ගතවේ.
වාත්තු යකඩ තත්පර 0.8 ක් ගතවේ
මෙම වෙනස මඟින් ග්‍රැනයිට් වලට අධිවේගී චලනය වන උපකරණවල (ආලේපන හිසෙහි 2m/s ස්කෑන් කිරීම වැනි) ක්ෂණිකව ස්ථාවර වීමට හැකි වන අතර, "කම්පන සලකුණු" වල දෝෂය වළක්වයි.
අවස්ථිති ස්කන්ධයේ ප්‍රතිලෝම බලපෑම: අඩු ඝනත්වය යනු එකම පරිමාව තුළ ස්කන්ධය කුඩා වන අතර චලනය වන කොටසෙහි අවස්ථිති බලය (F=ma) සහ ගම්‍යතාව (p=mv) අඩු වීමයි. උදාහරණයක් ලෙස, මීටර් 10 ක ග්‍රැනයිට් ගැන්ට්‍රි රාමුවක් (ටොන් 12 ක් බර) වාත්තු යකඩ රාමුවකට (ටොන් 20) සාපේක්ෂව 1.5G දක්වා වේගවත් කළ විට, ගාමක බල අවශ්‍යතාවය 40% කින් අඩු වන අතර, ආරම්භක-නැවතුම් බලපෑම අඩු වන අතර ස්ථානගත කිරීමේ නිරවද්‍යතාවය තවදුරටත් වැඩිදියුණු වේ.
Iii. සැකසුම් තාක්ෂණයේ "ඝනත්වයෙන් ස්වාධීන" නිරවද්‍යතාවයේ ඉදිරි ගමන
1. අතිශය නිරවද්‍ය සැකසුම් වලට අනුවර්තනය වීමේ හැකියාව
ඇඹරීමේ සහ ඔප දැමීමේ "ස්ඵටික මට්ටමේ" පාලනය: ග්‍රැනයිට් වල දෘඪතාව (මෝස් පරිමාණයෙන් 6-7) වාත්තු යකඩවලට වඩා (මෝස් පරිමාණයෙන් 4-5) වැඩි වුවද, එහි ඛනිජ ව්‍යුහය ඒකාකාරී වන අතර දියමන්ති උල්ෙල්ඛ + චුම්භක විද්‍යාත්මක ඔප දැමීම (තනි ඔප දැමීමේ ඝණකම < 10nm) හරහා පරමාණුකව ඉවත් කළ හැකි අතර මතුපිට රළුබව Ra 0.02μm (දර්පණ මට්ටම) දක්වා ළඟා විය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, වාත්තු යකඩවල ග්‍රැෆයිට් මෘදු අංශු පැවතීම නිසා, ඇඹරීමේදී "ෆර්ප්ලො ආචරණය" ඇතිවීමට ඉඩ ඇති අතර, මතුපිට රළුබව Ra 0.8μm ට වඩා අඩු වීම දුෂ්කර ය.
CNC යන්ත්‍රෝපකරණවල "අඩු ආතති" වාසිය: ග්‍රැනයිට් සැකසීමේදී, කැපුම් බලය වාත්තු යකඩවලින් 1/3 ක් පමණි (එහි අඩු ඝනත්වය සහ කුඩා ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකය නිසා), ඉහළ භ්‍රමණ වේගයන් (විනාඩියකට විප්ලව 100,000) සහ පෝෂණ අනුපාත (5000mm/min) සඳහා ඉඩ සලසයි, මෙවලම් ඇඳීම අඩු කර සැකසුම් කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරයි. නිශ්චිත පස්-අක්ෂ යන්ත්‍රෝපකරණ නඩුවක් පෙන්නුම් කරන්නේ ග්‍රැනයිට් මාර්ගෝපදේශක රේල් කට්ට වල සැකසුම් කාලය වාත්තු යකඩවලට වඩා 25% ක් කෙටි වන අතර නිරවද්‍යතාවය ±2μm දක්වා වැඩි දියුණු කර ඇති බවයි.
2. එකලස් කිරීමේ දෝෂවල "සමුච්චිත බලපෑමේ" වෙනස්කම්
අඩු කරන ලද සංරචක බරෙහි දාම ප්‍රතික්‍රියාව: අඩු ඝනත්ව පාද සහිත මෝටර සහ මාර්ගෝපදේශක රේල් වැනි සංරචක එකවර සැහැල්ලු කළ හැකිය. නිදසුනක් ලෙස, රේඛීය මෝටරයක බලය 30% කින් අඩු කළ විට, එහි තාප උත්පාදනය සහ කම්පනය ද ඒ අනුව අඩු වන අතර, "වැඩිදියුණු කළ නිරවද්‍යතාවය - අඩු කළ බලශක්ති පරිභෝජනය" පිළිබඳ ධනාත්මක චක්‍රයක් සාදයි.
දිගුකාලීන නිරවද්‍යතාවය රඳවා තබා ගැනීම: ග්‍රැනයිට් වල විඛාදන ප්‍රතිරෝධය වාත්තු යකඩ මෙන් 15 ගුණයකි (ක්වාර්ට්ස් අම්ල හා ක්ෂාර ඛාදනයට ප්‍රතිරෝධී වේ). අර්ධ සන්නායක අම්ල මීදුම පරිසරයක, වසර 10 ක භාවිතයෙන් පසු මතුපිට රළුබව වෙනස් වීම 0.02μm ට වඩා අඩු වන අතර, වාත්තු යකඩ සෑම වසරකම ±20μm සමුච්චිත දෝෂයක් සහිතව ඇඹරීමට සහ අලුත්වැඩියා කිරීමට අවශ්‍ය වේ.
Iv. කාර්මික සාක්ෂි: අඩු ඝනත්වය ≠ අඩු කාර්ය සාධනය සඳහා හොඳම උදාහරණය
අර්ධ සන්නායක පරීක්ෂණ උපකරණ
නිශ්චිත වේෆර් පරීක්ෂණ වේදිකාවක සංසන්දනාත්මක දත්ත:
2. නිරවද්‍ය දෘශ්‍ය උපකරණ
නාසා හි ජේම්ස් වෙබ් දුරේක්ෂයේ අධෝරක්ත අනාවරක වරහන ග්‍රැනයිට් වලින් සාදා ඇත. එහි අඩු ඝනත්වය (චන්ද්‍රිකා බර අඩු කිරීම) සහ අඩු තාප ප්‍රසාරණය (-270℃ අතිශය අඩු උෂ්ණත්වවලදී ස්ථායී වේ) ප්‍රයෝජන ගැනීමෙන් නැනෝ මට්ටමේ දෘශ්‍ය පෙළගැස්මේ නිරවද්‍යතාවය සහතික කරනු ලබන අතර, අඩු උෂ්ණත්වවලදී වාත්තු යකඩ බිඳෙනසුලු වීමේ අවදානම ඉවත් කරනු ලැබේ.
නිගමනය: ද්‍රව්‍ය විද්‍යාවේ "ප්‍රති-සාමාන්‍ය බුද්ධිය" නවෝත්පාදනය
ග්‍රැනයිට් පාදවල නිරවද්‍ය වාසිය මූලික වශයෙන් පවතින්නේ "ව්‍යුහාත්මක ඒකාකාරිත්වය > ඝනත්වය, තාප කම්පන ස්ථායිතාව > සරල දෘඪතාව" යන ද්‍රව්‍යමය තර්ක ජයග්‍රහණය තුළ ය. එහි අඩු ඝනත්වය දුර්වල ලක්ෂ්‍යයක් බවට පත් වී නොමැතිවා පමණක් නොව, අවස්ථිති බව අඩු කිරීම, තාප පාලනය ප්‍රශස්ත කිරීම සහ අතිශය නිරවද්‍ය සැකසුම් වලට අනුවර්තනය වීම වැනි පියවර හරහා නිරවද්‍යතාවයේ පිම්මක් ද අත්කර ගෙන ඇත. මෙම සංසිද්ධිය නිරවද්‍යතා නිෂ්පාදනයේ මූලික නීතිය හෙළි කරයි: ද්‍රව්‍යමය ගුණාංග යනු තනි දර්ශකවල සරල සමුච්චනයකට වඩා බහු-මාන පරාමිතීන්ගේ පුළුල් සමතුලිතතාවයකි. නැනෝ තාක්‍ෂණය සහ හරිත නිෂ්පාදනයේ දියුණුවත් සමඟ, අඩු ඝනත්ව සහ ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත ග්‍රැනයිට් ද්‍රව්‍ය "බර" සහ "ආලෝකය", "දෘඩ" සහ "නම්‍යශීලී" යන කාර්මික සංජානනය නැවත අර්ථකථනය කරමින්, ඉහළ මට්ටමේ නිෂ්පාදනය සඳහා නව මාර්ග විවෘත කරයි.
පළ කිරීමේ කාලය: මැයි-19-2025