Titano lydiniai vis dažniau tampa pagrindine astronominių teleskopų atraminių konstrukcijų pasirinkimo medžiaga. - Naujienos

Didelės{0}}apertūros veidrodžių atraminių konstrukcijų medžiagų pasirinkimas keičiasi nuo Invar ir C-SiC prietitano lydiniai. Dėl itin mažų deformacinių savybių titano lydiniai tampa pasirenkama medžiaga šioms konstrukcijoms.

Kodėl titano lydinys? Nepastebėta pagrindinė metrika
Didėjant astronominių teleskopų apertūrai, paviršiaus figūros tikslumo reikalavimai prieštarauja fizinėms riboms. Pirminiam kosminio-gravitacinių bangų teleskopo veidrodžiui reikalingas paviršiaus tikslumas yra RMS Mažesnis arba lygus λ/50-, o tai reiškia, kad paviršiaus nuokrypiai turi būti kontroliuojami kiek daugiau nei dešimties nanometrų diapazone. Šiuo mastu net menkiausias atraminės konstrukcijos matmenų poslinkis padidinamas iki vaizdo iškraipymo. Renkantis medžiagas tokioms konstrukcijoms, įprasta praktika orientuojasi į tankį, Youngo modulį ir šiluminio plėtimosi koeficientą. Tačiau šiame konkrečiame kontekste įgauna svarbesnę metriką: mikro-pajamingumo stiprumą. Nors standartinė takumo riba apibūdina įtempį, kuriam esant medžiaga patiria didelę plastinę deformaciją, mikro-takumo stipris matuoja įtempį, kurį medžiaga gali atlaikyti patiriant tik vieną milijono dalį liekamąjį įtempimą. NASA Goddardo kosminių skrydžių centro Battelle memorialinio instituto atlikta medžiagų patikra atskleidė, kad tarp daugelio kandidatų 5 laipsnio (GR5) titano lydinys siūlo didžiausią mikro{13}}takumo stiprumo ir tankio santykį, o mikrotakumo stipris yra apytiksliai 480 N × 10⁁ m². Atraminės konstrukcijos ilgą laiką turi išlaikyti veidrodžio mazgo svorį; jei medžiaga mikroskopiniu lygmeniu nepertraukiamai negrįžtamai šliaužia, veidrodžio paviršiaus figūra pamažu „nukryps“. Teleskopui, suprojektuotam stabiliai veikti keletą metų, toks dreifas yra daug žalingesnis nei momentinė deformacija. Galiausiai titano lydinio vertė yra jo gebėjimas išlaikyti matmenų stabilumą per visą eksploatavimo laiką.

Šiluminės darbo sąlygos: CTE suderinimas yra tik atskaitos taškas
Pagrindinis veidrodžio atramos dizaino iššūkis yra išlaikyti tikslų paviršiaus figūrą esant įvairioms šiluminėms sąlygoms. 5 klasės (GR5) titano lydinio šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) yra maždaug 9,1 × 10⁻⁶ K⁻¹, tankis 4,4 g/cm³, o tamprumo modulis apie 109 GPa. Palyginti su Invar arba anglies/silicio karbido kompozitais, GR5 CTE nėra ypač žemas. Tačiau inžinerinių medžiagų parinkimas niekada nėra konkursas, pagrįstas vienu metriku. Φ500 mm stiklo keramikos pirminio veidrodžio centrinės atramos konstrukcijoje tiek įvorė, tiek atraminė mova yra pagaminti iš titano lydinio, o veidrodžio korpusą su atramine konstrukcija jungia lankstus lipnus sluoksnis. Modeliavimas rodo, kad esant vienodam temperatūros pokyčiui 40 laipsnių , paviršiaus figūros tikslumas (RMS) išlieka 4,2 nm ribose, o mazgo pagrindinis dažnis viršija 53 Hz. Lipnus sluoksnis čia vaidina pagrindinį vaidmenį: jis sumažina veidrodžio svorio apkrovą ir sugeria šiluminį įtempį, kurį sukelia CTE neatitikimas tarp titano lydinio ir stiklo keramikos. GR5 titano lydinio vertė yra ne „optimalaus“ CTE, o galimybė -per racionalų sąsajos dizainą-kontroliuoti šiluminį įtempį priimtinose ribose, kartu užtikrinant pakankamą konstrukcijos tvirtumą. Tai rodo sistemos{24}lygmens inžinerijos metodą, o ne paprastą medžiagų pakeitimą.

Dvi konfigūracijos: lankstūs vyriai ir integruotos grotelių konstrukcijos
Kalbant apie konkrečią konstrukcinę konstrukciją, titano lydiniai veidrodžių atramos sistemose naudojami daugiau nei viena forma, o skirtingos konstrukcinės konfigūracijos atspindi skirtingas dizaino filosofijas. Lankstūs vyriai-naudoja lankstumą, kad būtų išvengta standumo. 1,93 -m tikslumo matavimo teleskopo projekte, kuriam vadovavo Nankino astronominės optikos ir technologijos institutas (NIAOT), Kinijos mokslų akademija, tyrėjų komanda pakeitė tradicinius savaime-išlygiuojančius rutulinius guolius Ti-6Al-4V (GR5)}dvigubo vyrių diafragma{{2.m2} Ši modifikacija sumažino ašinę parazitinę jėgą pirminiam veidrodžiui nuo 60 N iki 2,5 N. Visiškai veikiant šoninei atramai, pirminio veidrodžio paviršiaus tikslumas buvo 4,15 nm RMS ir 24 nm PV, nuosekliai tenkinantis projektavimo reikalavimą RMS Mažiau nei arba lygus λ/35 laipsnio {{02–5} 3 laipsnio temperatūros diapazone. Didelės takumo ribos ir santykinai mažo tamprumo modulio derinys titano lydiniuose leidžia lenkimo vyriams pasiekti tikslią padėtį tamprumo diapazone, nesukeliant trinties ar atstumo. Integruotos grotelės{28}}ir{29}}odos struktūros-mažina svorį dėl tuščiavidurio dizaino. Tai yra vienas iš novatoriškiausių pastarųjų metų metodų. Vykdydamas projektą, apimantį didelį-konsolinį kosminį veidrodį aerokosminiam nuotoliniam jutikliui, Kinijos kosmoso technologijų akademijos institutas 508 (CAST) bendradarbiavo su Šanchajaus Jiao Tong universitetu. Jie naudojo topologijos optimizavimą, kad nustatytų makrokonfigūraciją, vidinės struktūros korpuso centre (BCC) grotelės ir išorinė apvalkalo danga. Gauta atraminė konstrukcija svėrė tik 6,5 kg, todėl bendra veidrodžio mazgo masė buvo mažesnė nei 16,5 kg. Bandymų rezultatai parodė, kad veidrodžio sukimasis yra mažesnis nei 6 lanko sekundės, o standaus korpuso poslinkis buvo mažesnis nei 0,02 mm – abu neviršija optinio derinimo klaidų leistinų nuokrypių.

Santrauka
Nuo mikro-takumo stiprumo ir lankstymo vyrių iki 3D-atspausdintų grotelių konstrukcijų – titano lydinių vertė didelėse-diafragmos veidrodžio atraminėse sistemose yra daug platesnė nei vien tik medžiagų pakeitimas. Tai, ką jie iš tikrųjų įgalina, yra inžinerinė galimybė pasiekti nanometro{5}}lygio paviršiaus figūros tikslumą esant dideliems temperatūros diapazonams ir ilgalaikiam{6}} veikimui. Titano pramonei sėkmė šioje arenoje priklauso ne nuo gamybos pajėgumų, o nuo sugebėjimo paversti medžiagų savybes konstrukciniais projektavimo sprendimais.

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