משרד המלחמה
DOW-UAP-D117, AAWSAP DIRD, זכוכיות מתכתיות ליישומי תעופה וחלל, דצמבר 2009
DOW-UAP-D117_AAWSAP-DIRD-Metallic-Glasses-for-Aerospace-Applications-December-14-2009.pdf
תצוגות מהעמודים הראשונים של המסמך · בקובץ אין תמונה / רישום / קטע עיתונות.
// אין תצוגות מקדימות
הקובץ אינו מכיל תוכן ויזואלי שזוהה (תמונה / קליפינג / רישום). תוכן המסמך זמין דרך ה-OCR למטה ובהורדת המקור.
// הערת המראה
// מה תמצאו כאן?
// תקציר רשמי
מסמך זה הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD), פורמט עזר טכני שבו השתמשה סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA) כדי לתעד ידע בסיסי בנושא מסוים לשימוש אנליטי עתידי. מוטב להבין מסמכי DIRD כתוצרי עזר וסינתזה ולא כמחקר מקורי. זהו אחד מ-38 מסמכי DIRD שהופקו במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP) בין 2009 ל-2011. מאחר שהיקפה של AAWSAP התיר מגוון רחב של נושאים תומכים, לא כל מסמך DIRD בסדרה עוסק ישירות במערכות תעופה וחלל או בהערכת איומים עתידיים. הסיכום שלהלן משקף את היקף ה-DIRD ואת מסגורו בעת כתיבתו, ואין לקרוא אותו כמרמז על תיקוף עכשווי של המושגים הנדונים. DIRD זה סוקר זכוכיות מתכתיות כקבוצה חשובה פוטנציאלית של חומרים לתעופה וחלל, ומתאר את המבנה האמורפי שלהן כמעניק חוזק גבוה מאוד ויתרונות ייצור יוצאי דופן, אך גם חסרונות משמעותיים, בייחוד משיכות נמוכה ועמידות נמוכה בעייפות חומר. המסמך מסיק שיישומי התעופה והחלל המבטיחים ביותר צפויים לבוא מחומרים מרוכבים בעלי מטריצת זכוכית מתכתית ולא מזכוכיות חד-פאזיות, משום שחומרים מרוכבים אלה יכולים לשמר חוזק גבוה ובה בעת לשפר מאוד את עמידות השבר ואת הביצועים בעייפות, אולי במידה שתאפשר להם להחליף פלדות בעלות חוזק גבוה בחלק מהשימושים המבניים שבהם המקום מוגבל. יחד עם זאת, הדו"ח מעריך ששימוש רחב יותר בתעופה ובחלל יהיה תלוי בהתקדמות ניכרת במהלך 20-50 השנים הבאות בתכנון סגסוגות, בעיבוד, ובייחוד בפיתוח מערכות קלות משקל, ובהן אפשרויות מבוססות אלומיניום. בוצעו השמטות כדי להגן על זהות עדי ראייה, מיקומי מתקנים ממשלתיים, או מידע פוטנציאלית רגיש על אתרים צבאיים שאינם קשורים ל-UAP. לא בוצעו השמטות בקבצים שפורסמו תחת הנחיית הנשיא טראמפ בנוגע למידע על טבעם או קיומם של מפגשים שדווחו כ-UAP או תופעות נלוות.
הצגת המקור באנגלית
// סיכום מורחב
"Metallic Glasses: Status and Prospects for Aerospace Applications" (זכוכיות מתכתיות: מצב קיים וסיכויים ליישומי תעופה וחלל) הוא דו"ח טכני בן 24 עמודים, מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD), שהוכן עבור החטיבה לתמיכה ברכש (DWO-3) של משרד ההתרעה הביטחונית במנהלת הניתוח של סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA). הדו"ח, אחד מסדרת דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009 במסגרת AAWSAP, סוקר את המבנה, שיטות הייצור, התכונות המכניות והיישומים האפשריים של זכוכיות מתכתיות ושל חומרים מרוכבים המבוססים עליהן. מסקנתו היא שהעתיד בתעופה ובחלל תלוי בעיקר בפיתוח סגסוגות קלות חדשות. המסמך עוסק במדע החומרים בלבד, ואין בו כל אזכור של עב"מים או של תצפיות.
רקע
AAWSAP הייתה תוכנית של DIA שפעלה בין 2008 ל-2012 והפיקה 38 מסמכי DIRD, סקירות עזר בנושאים טכנולוגיים שנועדו לשמש בסיס לניתוח עתידי ולא מחקר מקורי. בדף ההערה המנהלית של המסמך עצמו התוכנית נקראת AAWSA (Advanced Aerospace Weapon System Applications), והיא מתוארת כתוכנית של משרד ההתרעה הביטחונית ב-DIA. שאלות על הדו"ח הופנו למנהל התוכנית, שמופיע בכינוי "AAP Person 1", בבניין 6000 בוושינגטון. שם המחבר הוחלף בכינוי "AAP Person 63". בראש המסמך מופיעה אזהרת זכויות יוצרים שאוסרת הפצה נוספת של התצלומים, וכל העמודים מסומנים "בלתי מסווג, לשימוש רשמי בלבד" (FOUO).
זכוכית מתכתית היא סגסוגת מתכת שאין לה מבנה גבישי, כלומר האטומים בה אינם מסודרים בסריג מחזורי. הדו"ח מסביר את המושג מן היסוד, ולכן הוא נגיש גם לקורא שאינו מומחה.
מה כתוב במסמך
תקציר
התקציר בפתח הדו"ח, שחוזר כמעט מילה במילה בסופו, קובע שזכוכיות מתכתיות משלבות חלק מהיתרונות המכניים של מתכות, חוזק, קשיחות ולעתים גם עמידות לשבר, עם גמישות עיבוד האופיינית לפולימרים תרמופלסטיים. היעדר פגמים גבישיים הופך אותן לחזקות בהרבה מסגסוגות רגילות, אבל גם משאיר אותן כמעט בלי משיכות במתיחה ועם עמידות נמוכה בעייפות. לכן, לפי הדו"ח, בשימושים מבניים הן יועילו בעיקר כחומר מרוכב של דנדריטים גבישיים משיכים בתוך מטריצה של זכוכית מתכתית.
מבנה ועיבוד
בזכוכית מתכתית יש סדר לטווח קצר, למרחק של אטומים ספורים, אבל אין סדר לטווח ארוך, והמבנה שלה דומה יותר לנוזל מאשר לגביש. היא אינה נמסה בבת אחת אלא מתרככת וזורמת על פני טווח טמפרטורות, כמו זכוכית רגילה. כדי לייצר אותה יש לקרר את המתכת המותכת מהר מספיק כדי לעקוף את ההתגבשות.
לפי הדו"ח, הזכוכיות המתכתיות הראשונות, משנות ה-60 וה-70, היו סגסוגות של שני יסודות שדרשו קצב קירור של 10 בחזקת 4 עד 10 בחזקת 7 מעלות קלווין בשנייה, ולכן עוביין הוגבל לפחות מ-100 מיקרון וניתן היה לייצר מהן רק סרטים, רדידים, חוטים ואבקות. מחקר של שני עשורים הניב סגסוגות רב-רכיביות שמסתפקות בקצב של 0.1 קלווין בשנייה או פחות, וחלקן נוצקות בעובי של יותר מסנטימטר. "זכוכית מתכתית בתפזורת" היא, לפי המקובל בתחום, סגסוגת שניתן ליצוק בעובי של מילימטר לפחות. טבלה 1 מציגה סגסוגות נבחרות על בסיס מגנזיום, נחושת, טיטניום וברזל. הדו"ח מדגיש שעדיין אי אפשר לחזות מראש את יכולת היווצרות הזכוכית של סגסוגת, שהזיהוי נעשה בעיקר בניסוי וטעייה, ושבתעשייה גם זיהומים, למשל חמצן בסגסוגות זירקוניום, ושינויים קטנים בהרכב עלולים לפגוע בה.
סעיף העיבוד מתאר יציקה בתבנית מתכת, בוואקום או באווירה אינרטית, ועיצוב תרמופלסטי: מעל טמפרטורת המעבר לזכוכית החומר הופך לנוזל בקירור-יתר שאת צמיגותו אפשר לשלוט בה בעזרת הטמפרטורה, וכך אפשר להחיל עליו שיטות מעולם הפולימרים. איור 3 מציג קפיץ זעיר שיוצר בליתוגרפיה ובקבוק דק-דופן שיוצר בניפוח, באדיבות פרופ' יאן שרוֹרס (Jan Schroers) מאוניברסיטת ייל. המגבלה: חלון זמן של דקות בלבד לפני התגבשות. ריתוך, הלחמה וצריבה בעייתיים כי החימום עלול לגרום להתגבשות ולהפוך את החיבור לשביר. הדו"ח מציין גם קצף של זכוכית מתכתית, בעל חוזק וקשיחות סגוליים גבוהים, וציפויים ושכבות דקות בשיטות שיקוע, שמאפשרות מגוון רחב יותר של סגסוגות.
התנהגות מכנית
- קשיחות: זכוכיות מתכתיות קשיחות פחות ב-20 עד 30 אחוז מסגסוגות גבישיות דומות. זה חיסרון במבנים, אבל יתרון לקפיצים ולהרכבה בנעילה ללא מחברים.
- חוזק: זכוכיות על בסיס אלומיניום חזקות פי שניים עד שלושה מסגסוגות אלומיניום גבישיות חזקות, והטובות מבין זכוכיות הברזל מגיעות לכ-4 ג'יגה-פסקל, פי שניים עד שלושה מפלדות חזקות. לפי טבלה 2, סגסוגת האלומיניום הגבישית הטובה ביותר מגיעה ל-770 מגה-פסקל, 48 אחוז מהחוזק התיאורטי, וזכוכית על בסיס אלומיניום ל-80 אחוז ממנו.
- משיכות: הדו"ח מכנה את היעדר הנקעים "עקב אכילס" של החומר. במקום להתקשות בעיבוד הוא מתרכך, העיוות מתרכז ב"פסי גזירה", והשבר במתיחה הוא פתאומי, כמעט בלי התארכות.
- עמידות לשבר: לזכוכיות על בסיס זירקוניום כ-20 MPa·m^1/2, פחות מכ-55 בסגסוגות זירקוניום גבישיות אבל הרבה יותר מקרמיקה (1 עד 5). זכוכיות על בסיס ברזל ומגנזיום, דווקא המבטיחות מבחינת מחיר ומשקל, שבירות מטבען, והסיבה לכך אינה מובנת. גם חשיפה לחום עלולה להפוך זכוכית לשבירה באופן בלתי הפיך.
- עייפות: לפי הדו"ח עד 90 אחוז מהכשלים של רכיבים מבניים נובעים מעייפות. גבול העייפות של סגסוגות גבישיות חזקות הוא כ-40 אחוז מחוזק המתיחה, ושל זכוכיות מתכתיות רק כ-5 אחוז, כי אין בהן מבנה פנימי שיעצור סדקים. איור 5 משווה זאת לפלדת 300-M.
- שחיקה וקורוזיה: הקשיות הגבוהה הופכת אותן לציפוי לכלים כמו מקדחים, ואולי למיסבים יבשים בחלל. זכוכיות על בסיס ניקל וברזל עמידות לקורוזיה יותר מאלה של זירקוניום, טיטניום ונחושת, וזכוכיות זירקוניום רגישות במיוחד לסדיקה מקורוזיה תחת מאמץ בסביבה של יוני כלוריד.
בטמפרטורות גבוהות החוזק יורד והעיוות הופך אחיד; מפת העיוות באיור 6 מבוססת על הסגסוגת Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5. לכן אין להשתמש בהן במבנים שפועלים קרוב לטמפרטורת המעבר. מבין התכונות האחרות בולטות התכונות המגנטיות (כוח כפייה נמוך והתנגדות חשמלית גבוהה, שימושיים לשנאים), מוליכות שאינה רגישה לטמפרטורה, מוליכות-על בחלק מהסגסוגות סמוך לאפס המוחלט, ובליעה אקוסטית נמוכה, שימושית לג'ירוסקופים של מבנה רוטט לניווט כלי טיס. הדו"ח מעיר שזכוכיות מתכתיות אינן שקופות אלא בעלות ברק מתכתי, ואיור 7 מציג טריז יצוק של זכוכית זירקוניום.
חומרים מרוכבים עם מטריצה של זכוכית מתכתית
הדו"ח מבחין בין מרוכבים "ex situ", שבהם מוסיפים חלקיקים או סיבים מבחוץ, ובין מרוכבים "in situ", שבהם השלב הגבישי נוצר מתוך ההתכה. בשיטה הראשונה הוספת חלקיקים מעלה את הצמיגות ומגבילה את כמותם, ושימוש בתבנית סיבים מאפשר עד כ-80 אחוז נפח אך מקשה על החדרת ההתכה. הפתרון המבטיח ביותר, לפי הדו"ח, הוא דנדריטים משיכים שנוצרים לפני היציקה, שגודלם ומרווחיהם ניתנים לשליטה. המגבלה: עד כה דווח על מערכות כאלה רק בסגסוגות זירקוניום וטיטניום.
התוצאות שהדו"ח מביא: מרוכבים על בסיס טיטניום הגיעו להתארכות של עד 12 אחוז, בדומה לסגסוגת הטיטניום הנפוצה Ti-6Al-4V אך עם חוזק גבוה בכ-30 אחוז. עמידות השבר של מרוכבים על בסיס זירקוניום עולה על 170 MPa·m^1/2, פי 7 מזכוכית חד-פאזית ויותר כמעט מכל סגסוגת מתכת אחרת, וחוזק העייפות שלהם הוא 20 עד 30 אחוז מחוזק המתיחה, בדומה לסגסוגות מבניות רגילות.
יישומים בתעופה ובחלל
הדו"ח מונה את התכונות הנדרשות מחומר מבני בתעופה: חוזק, קשיחות, צפיפות, עמידות לשבר, עמידות בעייפות, עמידות לקורוזיה ועלות. מפות התכונות באיור 9 מראות שזכוכיות מתכתיות ומרוכבים דנדריטיים חזקים כמעט מכל מתכת גבישית ביחס למשקלם, אך זכוכיות הברזל והמגנזיום שבירות כקרמיקה. היישום המיידי שהדו"ח מציע הוא החלפת פלדה ברכיבים שבהם החוזק קריטי והמקום מוגבל, כמו מבני תלייה (פיילונים) וכן נסע, בתנאי שיוכח שאפשר לייצר מרוכבים בגודל הנדרש.
אפשרויות נוספות: קצף מבני ללוחות של "מבנים מחוץ לכדור הארץ", שאולי ייוצר במקום מחומרי גלם וכך יקטין את הנפח שיש לשגר; למינטים של מתכת וסיבים, בדומה לאלה שבמטוס איירבוס 380, עם זכוכית מתכתית במקום אלומיניום; הטבעה של מבנים ננומטריים, לאחר שהודגם עיצוב פני שטח בפרטים של 13 ננומטר, ושימוש בהם כסריגי עקיפה לקרינה אולטרה-סגולה ולקרני רנטגן רכות; מפעילים במערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS); ושנאים חשמליים יעילים.
אתגרים ותחזית
הבעיה המרכזית היא מחסור בסגסוגות טובות: הטובות ביותר מבוססות על יסודות יקרים כמו פלדיום או מכילות יסודות רעילים כמו בריליום. למרות מאמצים בארה"ב, במסגרת תוכנית Structural Amorphous Metals של DARPA, ביפן, בסין ובמקומות אחרים, אין סגסוגת טובה על בסיס אלומיניום. הדו"ח צופה שיתגלו סגסוגות חדשות בעזרת שיטות קומבינטוריות וסימולציות מחשב, ומציין דיווח שרטט אלקטרומגנטי בזמן הקירור משפר את יכולת היווצרות הזכוכית בסגסוגות מגנזיום. לגבי חומרים חד-פאזיים, הוא קובע שייתכן שאין פתרון לבעיית פסי הגזירה, ושהמרוכבים הדנדריטיים הודגמו רק בשתי סגסוגות קרובות זו לזו.
בסיכום ובהמלצות הדו"ח מונה שלושה תחומים שבהם נדרשת התקדמות: פיתוח סגסוגות קלות ומערכות מרוכבות חדשות בשיטות חישוביות או קומבינטוריות; הבנת ההתנהגות המכנית, ובמיוחד השפעת ההרכב על העיוות הפלסטי ותכנון המבנה הפנימי של מרוכבים; ופיתוח שיטות עיבוד, כולל פרטים ננומטריים וקצף. לפי הדו"ח, "סביר מאוד" שבתוך 20 עד 50 שנה תהיה התקדמות ניכרת בכל התחומים, אבל השימוש הרחב בתעופה ובחלל "תלוי באופן קריטי" בסגסוגות קלות חדשות.
פרטים בולטים
- הדו"ח הוא סקירה של מדע החומרים, ואין בו אזכור של עב"מים, תצפיות או טכנולוגיה זרה.
- זכוכיות מתכתיות על בסיס ברזל מגיעות לחוזק של כ-4 ג'יגה-פסקל, פי שניים עד שלושה מפלדה חזקה.
- גבול העייפות שלהן הוא כ-5 אחוז מחוזק המתיחה, לעומת כ-40 אחוז בסגסוגות גבישיות.
- מרוכבים על בסיס זירקוניום הגיעו לעמידות שבר של יותר מ-170 MPa·m^1/2, פי 7 מזכוכית רגילה.
- בין היישומים המוצעים: כני נסע, לוחות קצף למבנים מחוץ לכדור הארץ שייוצרו במקום, ופרטים בגודל 13 ננומטר.
- אין סגסוגת טובה על בסיס אלומיניום, אף שזו המבוקשת ביותר בתעופה.
- המקורות כוללים 49 הערות שוליים, בעיקר מאמרים אקדמיים מ-1993 עד 2009, וכמה איורים שהודפסו מחדש באישור ההוצאה Elsevier.
מה לא נמצא במסמך
- שם המחבר ושם מנהל התוכנית הוחלפו בכינויים "AAP Person 63" ו-"AAP Person 1". הערה 14 בהערות השוליים נקטעת באמצע רשימת שמות.
- תאריך מדויק ומקום הכנה אינם מופיעים ב-OCR, מלבד שנת הכספים 2009; התאריך 14 בדצמבר 2009 והמיקום לאס וגאס באים מהתיאור הרשמי באתר war.gov.
- טבלה 1 ואיורים 2, 5, 6 ו-9 משובשים ב-OCR, ולכן רוב הערכים המספריים שבהם אינם קריאים, כולל העובי המרבי של חלק מהסגסוגות.
- הדו"ח אינו קושר את הנושא לאיום מסוים, למדינה מסוימת או לכלי טיס מסוים.
מונחים
- DIRD - מסמך עזר מודיעיני ביטחוני, סקירת רקע שהופקה עבור DIA.
- זכוכית מתכתית (סגסוגת אמורפית) - סגסוגת מתכת ללא מבנה גבישי.
- טמפרטורת מעבר לזכוכית - הטמפרטורה שמעליה החומר מתרכך והופך לנוזל צמיג.
- פס גזירה - אזור צר שבו מתרכז העיוות הפלסטי בזכוכית מתכתית.
- דנדריט - גביש מסועף דמוי עץ שנוצר בהתמצקות.
- עייפות חומר - התפשטות הדרגתית של סדקים בעומס מחזורי.
- MEMS - מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות.
// תוכן המסמך - תרגום
זכוכיות מתכתיות: מצב קיים וסיכויים ליישומים אוויריים-חלליים
הוכן על ידי:
אגף תמיכה ברכש (DWO-3)
משרד ההתרעה הביטחוני
מנהלת הניתוח
סוכנות הביון הביטחונית (DIA)
מחבר: AAP Person 63
הערה מנהלית
אזהרת זכויות יוצרים: אין להפיץ הלאה את התצלומים שבפרסום זה.
מוצר זה הוא אחד מסדרת דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009 במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSA) של משרד ההתרעה הביטחוני בסוכנות הביון הביטחונית. הערות או שאלות בנוגע למסמך זה יש להפנות אל AAP Person 1, מנהל תוכנית AAWSA, סוכנות הביון הביטחונית, לשכת CLAR/DWO-3, בניין 6000, וושינגטון.
תוכן העניינים
התנהגות מכנית סמוך לטמפרטורת החדר - 5
התנהגות מכנית בטמפרטורה גבוהה - 11
תכונות אחרות: מגנטיות, חשמליות, אופטיות, תרמיות ואקוסטיות - 12
אתגרים נוכחיים וסיכויים לעתיד - 20
תכונות תרמו-פיזיקליות ועיבוד תרמופלסטי - 20
איורים
5. גבול העייפות של חומרים מרוכבים בעלי מטריצת זכוכית מתכתית - 10
8. מיקרו-מבנה של חומר מרוכב בעל מטריצת זכוכית מתכתית שנוצר באתרו (in situ) - 15
טבלאות
2. השוואת חוזקן של סגסוגות אלומיניום אמורפיות וגבישיות - 7
זכוכיות מתכתיות: מצב קיים וסיכויים ליישומים אוויריים-חלליים
תקציר
זכוכיות מתכתיות משלבות חלק מהתכונות המכניות היתרוניות של מתכות - חוזק, קשיחות ובמקרים מסוימים גם עמידות לשבר - עם גמישות העיבוד המזוהה בדרך כלל עם פולימרים תרמופלסטיים. היעדר פגמים גבישיים מאפשר לזכוכיות מתכתיות להיות חזקות בהרבה מסגסוגות רגילות, אך פירושו גם משיכות (דוקטיליות) מתיחה קרובה לאפס ועמידות נמוכה לעייפות. לכן, ביישומים מבניים, זכוכיות מתכתיות צפויות להועיל בעיקר בצורת חומרים מרוכבים המורכבים מדנדריטים גבישיים משיכים בתוך מטריצה של זכוכית מתכתית. חומרים מרוכבים דנדריטיים אלה מוותרים על מעט חוזק, אך עשויים להיות בעלי עמידות לשבר גבוהה במיוחד ועמידות טובה לעייפות, והם עשויים להחליף פלדות בעלות חוזק גבוה ברכיבים מבניים מסוימים המוגבלים בעומס בכלי טיס אוויריים-חלליים שבהם המקום מוגבל.
מכיוון שהן זכוכיות של ממש, עיצוב תרמופלסטי סמוך לטמפרטורת מעבר הזכוכית מקנה לזכוכיות מתכתיות גמישות עצומה בעיבוד. למשל, ניתן לעצב רכיבים מזכוכית מתכתית בשלב יחיד (לדוגמה, בהזרקה לתבנית) בגיאומטריות מורכבות שהיה קשה או בלתי אפשרי לייצר מסגסוגות רגילות. בנוסף, ניתן לייצר בקלות יחסית קצפים מזכוכית מתכתית, דבר המעלה את האפשרות לייצר קצפים מבניים בעלי חוזק וקשיחות גבוהים. לבסוף, מכיוון שחסר להן מבנה גרעינים גבישי, זכוכיות מתכתיות…
+ // המקור באנגלית
// Excerpt (first ~3,000 chars)
Metallic Glasses: Status and Prospects for Aerospace
Applications
Prepared by:
Acquisition Support Division (DWO-3)
Defense Warning Office
Directorate for Analysis
Defense Intelligence Agency
Author:
AAP Person 63
Administrative Note
COPYRIGHT WARNlNG: Further dissemination of the photographs in this publication is not authorized.
This product is one in a series of advanced technology reports produced in FY 2009
under the Defense Intelligence Agency, Defense Warning Office's Advanced Aerospace
Weapon System Applications (AAWSA) Program. Comments or 1
uestions pertaining to
this document should be addressed to !AAP Person 1
, AAWSA Program
Manager, Defense Intelligence Agency, ATTN: CLAR/DWO-3, Bldg 6000, Washington,
ii
Contents
Mechanical Behavior Near Room Temperature ............................................... 5
Mechanical Behavior at Elevated Temperature ............................................. 11
Other Properties: Magnetic, Electrical, Optical, Thermal, and Acoustic ........ 12
iii
Current Challenges and Prospects for the Future ................................................. 20
Thermophysical Properties and Thermoplastic Processing ............................... 20
Figures
5. Fatigue Limit of Metallic-Glass-Matrix Composites ........................................... 10
8. Microstructure of In Situ Metallic Glass Matrix Composite................................ 15
Tables
2. Comparison of Strengths of Amorphous and Crystalline Aluminum Alloys ......... 7
iv
Metallic Glasses: Status and Prospects for Aerospace
Applications
Summary
Metallic glasses combine some of the advantageous mechanical properties of
metals-strength, stiffness, and in some cases toughness-with the processing
flexibility usually associated with thermoplastic polymers. The absence of
crystalline defects allows metallic glasses to be much stronger than
conventional alloys but also means they have near-zero tensile ductility and
poor fatigue resistance. In structural applications, therefore, metallic glasses
are most likely to be useful in the form of composites consisting of ductile
crystalline dendrites in a metallic glass matrix. These dendritic composites
sacrifice some strength but can have exceptionally high fracture toughness, as
well as good fatigue resistance, and could replace high-strength steels in
certain load-limited structural components in aerospace vehicles where space
is limited.
Because they are true glasses, thermoplastic forming near the glass transition
temperature affords metallic glasses tremendous flexibility in processi'ng. For
instance, metallic glass components can be formed in a single step (for
example, by injection molding) in complex geometries that would be difficult
or impossible to produce with conventional alloys. In addition, metallic glass
foams can be made with relative ease, raising the possibility of making
structural foams with high strength and stiffness. Finally, because they lack a
crystalline grain structure, metall…
// Full OCR
// עוד ממהדורה 06