Títan málmblöndur eru sífellt að verða valinn efniviður fyrir kjarna stoðvirki stjarnfræðilegra sjónauka. - Fréttir

Val á efnum fyrir stoðvirki fyrir stóra spegla með stórum ljósopi er að færast frá Invar og C-SiC í átt aðtítan málmblöndur. Þökk sé afar lágum aflögunareiginleikum þeirra eru títan málmblöndur að verða valið efni fyrir þessar mannvirki.

Af hverju títanblendi? Yfirséð lykilmælikvarði
Eftir því sem ljósop stjarnfræðilegra sjónauka stækka sífellt stærra kröfurnar um nákvæmni yfirborðsmynda þrýsta á eðlisfræðileg mörk. Fyrir aðalspegil þyngdarbylgjusjónauka í geimnum er nauðsynleg yfirborðsnákvæmni RMS Minna en eða jöfn λ/50-sem þýðir að yfirborðsfrávik verða að vera stjórnað á bilinu rúmlega tíu nanómetrar. Á þessum mælikvarða er jafnvel minnsta víddarsvif í stoðbyggingunni stækkað í myndskekkju. Þegar efni eru valin fyrir slík mannvirki, einblínir hefðbundin ástundun á þéttleika, Young's stuðul og varmaþenslustuðul. Hins vegar, í þessu sérstaka samhengi, kemur mikilvægari mælikvarði við sögu: ör-ávöxtunarstyrkur. Þó staðlaður flæðistyrkur lýsi álaginu sem efni verður fyrir umtalsverðri plastískri aflögun, mælir ör-flæðistyrkur álagið sem efni þolir á meðan það verður aðeins fyrir eftirspennu af stærðargráðunni einn partur af milljón. Efnisskimun sem gerð var af Battelle Memorial Institute fyrir Goddard geimflugsmiðstöð NASA leiddi í ljós að meðal fjölmargra umsækjenda býður Grade 5 (GR5) títan álfelgur upp á hæsta hlutfallið milli ör-flæðistyrks og þéttleika, með örflutningsstyrk um það bil 480 × 10⁶ N/m². Stuðningsvirki verða að bera þyngd speglasamstæðunnar yfir langan tíma; ef efnið verður fyrir samfelldri, óafturkræfum plastskriði á smásjástigi, mun yfirborðsmynd spegilsins hægt "refa". Fyrir sjónauka sem er hannaður til að starfa stöðugt í nokkur ár er slíkt rek mun skaðlegra en tafarlaus aflögun. Að lokum liggur verðmæti títan álfelgur í getu þess til að viðhalda víddarstöðugleika allan endingartímann.

Hitaskilyrði: CTE samsvörun er bara upphafspunkturinn
Að viðhalda nákvæmri yfirborðsmynd yfir mismunandi hitauppstreymi er kjarnaáskorunin í hönnun speglastuðnings. Grade 5 (GR5) títan álfelgur hefur hitastækkunarstuðul (CTE) um það bil 9,1 × 10⁻⁶ K⁻¹, þéttleika 4,4 g/cm³ og mýktarstuðull um 109 GPa. Í samanburði við Invar eða kolefni/kísilkarbíð samsett efni er CTE af GR5 ekki sérstaklega lágt. Hins vegar er val á verkfræðiefni aldrei keppni sem byggir á einni mælikvarða. Í miðlægu stuðningshönnuninni fyrir Φ500 mm gler-aðalspegil, eru bæði hlaupið og stuðningshylsan úr títan ál, með sveigjanlegu límlagi sem tengir spegilhlutann við stoðbygginguna. Eftirlíkingar benda til þess að við samræmda hitabreytingu upp á 40 gráður haldist nákvæmni yfirborðstalna (RMS) innan 4,2 nm og grunntíðni samstæðunnar fer yfir 53 Hz. Límlagið gegnir lykilhlutverki hér: það léttir álagi af eigin þyngd spegilsins á meðan það gleypir hitauppstreymi af völdum CTE misræmis milli títan málmblöndunnar og gler-keramiksins. Gildi GR5 títan álfelgur felst ekki í því að hafa „ákjósanlega“ CTE, heldur í því að gera-mögulega-með skynsamlegri viðmótshönnun-stýringu á hitauppstreymi innan ásættanlegra marka á sama tíma og veita nægilega burðarvirki stífleika. Þetta táknar kerfisfræðilega-tæknifræðilega nálgun frekar en einfalda efnisskiptingu.

Tvær stillingar: Sveigjanlegar lamir og samþætt grindarvirki
Hvað varðar sérstaka byggingarhönnun eru títan málmblöndur notaðar í speglastuðningskerfi í fleiri en einni mynd, með mismunandi burðarvirki sem endurspegla mismunandi hönnunarheimspeki. Sveigjanlegar lamir-nota sveigjanleika til að vinna bug á stífni. Í 1,93-metra nákvæmnismælingarsjónaukaverkefni undir forystu Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology (NIAOT), kínverska vísindaakademíuna, skipti rannsóknarteymið út hefðbundnum sjálf-jafnandi kúlulegum fyrir Ti-6Al-4V (GR5) sveigjanleg þvermál{{22}. Þessi breyting minnkaði axial sníkjukraftinn á aðalspegilinn úr 60 N í 2,5 N. Með hliðarstuðninginn að fullu virkan, náði aðalspegill yfirborðstölu nákvæmni upp á 4,15 nm RMS og 24 nm PV, og uppfyllti stöðugt hönnunarkröfuna RMS Minna en eða jafnt og λ/35 gráður á {0 gráðu til 0 gráðu hitastig yfir {25} 0 gráður. Sambland af mikilli flæðistyrk og tiltölulega lágum teygjustuðul í títan málmblöndur gerir sveigjanlegu lamir kleift að ná nákvæmri staðsetningu innan teygjusviðsins án þess að koma á núningi eða bakslagi. Samþætt grindverk-og-húðbygging-sem lágmarkar þyngd með holri hönnun. Þetta er ein byltingarmesta nálgun síðustu ára. Í verkefni sem felur í sér stóran-geimspegil fyrir fjarskynjara í geimnum, var 508 Institute of China Academy of Space Technology (CAST) í samstarfi við Shanghai Jiao Tong háskólann. Þeir notuðu fínstillingu svæðisfræði til að ákvarða stórstillingu, með því að nota líkamsmiðaða kúbik (BCC) grindur fyrir innri uppbyggingu og ytri húð fyrir girðingu. Stuðningsbyggingin sem varð til vó aðeins 6,5 kg og hélt heildarmassa speglasamstæðunnar undir 16,5 kg. Prófunarniðurstöður sýndu minni snúning spegils en 6 bogasekúndur og stífa líkamstilfærslu sem var minni en 0,02 mm - hvort tveggja vel innan vikmarka fyrir sjónleiðréttingarvillur.

Samantekt
Frá ör-flæðistyrk og sveigjanlegu lamir til þrívíddar-prentaðra grindarbygginga, gildir títan málmblöndur í stórum-opum speglastuðningskerfum nær langt út fyrir aðeins efnisskipti. Það sem þeir gera raunverulega kleift er tæknilega hagkvæmni þess að ná nanómetra-yfirborðsnákvæmni við aðstæður sem fela í sér breitt hitastig og langtíma-notkun. Fyrir títaniðnaðinn, veltur árangur á þessum vettvangi ekki af framleiðslugetu, heldur af getu til að þýða efniseiginleika í byggingarhönnunarlausnir.

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