סגסוגות טיטניום הופכות יותר ויותר לחומר המועדף עבור מבני התמיכה הליבה של טלסקופים אסטרונומיים. - חדשות

מבחר החומרים למבני תמיכה במראות-גדולים עובר מ-Invar ו-C-SiC לכיווןסגסוגות טיטניום. הודות למאפייני העיוות הנמוכים ביותר שלהם, סגסוגות טיטניום הופכות לחומר המועדף עבור מבנים אלה.

למה סגסוגת טיטניום? מדד מפתח שהתעלם ממנו
ככל שהפתחים של טלסקופים אסטרונומיים הולכים וגדלים, הדרישות לדיוק דמויות פני השטח דוחפות את הגבולות הפיזיים. עבור המראה הראשית של טלסקופ גלי כבידה מבוסס-חלל, דיוק פני השטח הנדרש הוא RMS פחות או שווה ל-λ/50- כלומר יש לשלוט על סטיות פני השטח בטווח של קצת יותר מעשרה ננומטר. בקנה מידה זה, אפילו הסחף הממד הקטן ביותר במבנה התמיכה מוגדל לכדי עיוות הדמיה. בעת בחירת חומרים למבנים כאלה, התרגול הקונבנציונלי מתמקד בצפיפות, מודול יאנג ומקדם ההתפשטות התרמית. עם זאת, בהקשר הספציפי הזה, נכנס לתמונה מדד בסיסי יותר: מיקרו-חוזק תשואה. בעוד חוזק תפוקה סטנדרטי מתאר את המתח שבו חומר עובר דפורמציה פלסטית משמעותית, חוזק תפוקה מיקרו מודד את הלחץ שחומר יכול לעמוד בו תוך שהוא חווה רק מאמץ שיורי בסדר גודל של חלק למיליון. בדיקת חומרים שבוצעה על ידי מכון Battelle Memorial עבור מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א גילתה כי מבין מועמדים רבים, סגסוגת טיטניום דרגה 5 (GR5) מציעה את היחס הגבוה ביותר בין חוזק תפוקה מיקרו לצפיפות, עם חוזק מיקרו תפוקה של כ-480 × 10⁶ N/m². מבני תמיכה חייבים לשאת את משקל מכלול המראה לאורך תקופות ארוכות; אם החומר יעבור זחילה פלסטית מתמשכת ובלתי הפיכה ברמה המיקרוסקופית, דמות פני המראה של המראה "ייסחף" לאט. עבור טלסקופ שתוכנן לפעול ביציבות לאורך מספר שנים, סחיפה כזו מזיקה הרבה יותר מאשר דפורמציה מיידית. בסופו של דבר, הערך של סגסוגת טיטניום טמון ביכולתה לשמור על יציבות ממדית לאורך חיי השירות שלה.

תנאי הפעלה תרמיים: התאמת CTE היא רק נקודת ההתחלה
שמירה על נתון משטח מדויק על פני תנאים תרמיים משתנים היא האתגר המרכזי בתכנון תמיכת מראה. לסגסוגת טיטניום דרגה 5 (GR5) יש מקדם התפשטות תרמית (CTE) של כ-9.1 × 10⁻⁶ K⁻¹, צפיפות של 4.4 גרם/ס"מ³ ומודול אלסטי של כ-109 GPa. בהשוואה ל-Invar או חומרים מרוכבים של פחמן/סיליקון קרביד, ה-CTE של GR5 אינו נמוך במיוחד. עם זאת, בחירת חומרים הנדסיים היא לעולם לא תחרות המבוססת על מדד אחד. בעיצוב התמיכה המרכזי עבור מראה ראשונית מזכוכית- Φ500 מ"מ, הן התותב והן שרוול התמיכה עשויים מסגסוגת טיטניום, עם שכבת דבק גמישה המחברת את גוף המראה למבנה התמיכה. סימולציות מצביעות על כך שתחת שינוי טמפרטורה אחיד של 40 מעלות, דיוק דמויות פני השטח (RMS) נשאר בטווח של 4.2 ננומטר, והתדר הבסיסי של המכלול עולה על 53 הרץ. שכבת ההדבקה ממלאת כאן תפקיד מרכזי: היא מורידה את העומס ממשקל המראה העצמית תוך ספיגה של מתחים תרמיים הנגרמים על ידי אי-ההתאמה של ה-CTE בין סגסוגת הטיטניום לקרמיקת הזכוכית-. הערך של סגסוגת טיטניום GR5 אינו טמון בקיומה של ה-CTE ה"אופטימלי", אלא באפשרות-באמצעות תכנון ממשק רציונלי-שליטה במתח התרמי בגבולות מקובלים ובו זמנית לספק קשיחות מבנית מספקת. זה מייצג גישה הנדסית ברמת מערכות- ולא החלפת חומר פשוטה.

שתי תצורות: צירי גמישות ומבני סריג משולבים
במונחים של עיצוב מבני ספציפי, סגסוגות טיטניום משמשות במערכות תומכות מראה ביותר מצורה אחת, עם תצורות מבניות שונות המשקפות פילוסופיות עיצוביות שונות. צירי גמישות-משתמשים בגמישות כדי להתגבר על קשיחות. בפרויקט טלסקופ מדידה דיוק של 1.93-מטר בראשות מכון נאנג'ינג לאסטרונומיה אופטיקה וטכנולוגיה (NIAOT), האקדמיה הסינית למדעים, צוות המחקר החליף את המסבים הכדוריים המסורתיים-מישוריים עצמיים ב-Ti-6Al-4V (GR5) flexure dual ringphragm.{22} שינוי זה הפחית את הכוח הטפילי הצירי על המראה הראשונית מ-60 N ל-2.5 N. כשהתמיכה הצדדית פועלת במלואה, המראה הראשונית השיגה דיוק של נתוני פני השטח של 4.15 ננומטר RMS ו-24 ננומטר PV, ועומדת בעקביות בדרישת התכנון של RMS פחות מ- או שווה ל-λ/35 מעלות של {25} מעלות בטווח טמפרטורות רחב של {25} מעלות. השילוב של חוזק תפוקה גבוה ומודול אלסטי נמוך יחסית בסגסוגות טיטניום מאפשר לצירי כיפוף להשיג מיקום מדויק בטווח האלסטי מבלי להכניס חיכוך או גב. מבני סריג משולבים-ו-עור-המזעור משקל באמצעות עיצוב חלול. זה מייצג את אחת הגישות פורצות הדרך בשנים האחרונות. בפרויקט שכולל מראת חלל גדולה-לחיישן מרחוק בתעופה וחלל, 508 המכון של האקדמיה הסינית לטכנולוגיית החלל (CAST) שיתף פעולה עם אוניברסיטת שנגחאי ג'יאו טונג. הם השתמשו באופטימיזציה של טופולוגיה כדי לקבוע את תצורת המאקרו, תוך שימוש בסריג גוף-מרכזי מעוקב (BCC) למבנה הפנימי ועור חיצוני למתחם. מבנה התמיכה שהתקבל שקל רק 6.5 ק"ג, ושומר על המסה הכוללת של מכלול המראה מתחת ל-16.5 ק"ג. תוצאות הבדיקה הראו סיבוב מראה של פחות מ-6 שניות קשת ותזוזה של גוף קשיח של פחות מ-0.02 מ"מ - שניהם בתוך הסובלנות לשגיאות יישור אופטי.

תַקצִיר
מ-חוזק תפוקה וצירי כיפוף מיקרו ועד למבני סריג מודפסים-תלת-ממדיים, הערך של סגסוגות טיטניום במערכות תומכות במראות- גדולות משתרע הרבה מעבר להחלפת חומר בלבד. מה שהם באמת מאפשרים הוא היתכנות הנדסית של השגת דיוק של נתוני פני השטח-ננומטריים בתנאים הכוללים טווחי טמפרטורות רחבים ותפעול-לטווח ארוך. עבור תעשיית הטיטניום, הצלחה בזירה זו אינה תלויה ביכולת הייצור, אלא ביכולת לתרגם את תכונות החומר לפתרונות עיצוב מבניים.

Gr7 Titanium-Pd alloy Forged Ring factory Grade 9 Titanium alloy forged bar in stock