非晶合金材料的空間環(huán)境中適應(yīng)性分析

空間環(huán)境存在高真空、強(qiáng)輻射、原子氧剝蝕、溫差大、碎片多等復(fù)雜情況，對(duì)非晶合金材料的可靠性和壽命有著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

| 熱循環(huán)
空間環(huán)境中的熱循環(huán)可以使得非晶合金整體能量升高，增加其流變單元的含量，易于產(chǎn)生變形剪切帶，同時(shí)可提高其結(jié)構(gòu)無(wú)序度，出現(xiàn)了rejuvenation（恢復(fù)）效應(yīng)，可有利于提高非晶合金的綜合力學(xué)性能。

| 抗輻照性能
空間輻射環(huán)境產(chǎn)生電離化的電離輻射和高能帶電粒子，前者來(lái)自太陽(yáng)（紫外線、X射線等），后者來(lái)自太陽(yáng)耀斑（主要是質(zhì)子），以及地球輻射帶，這些輻照粒子會(huì)將能量傳遞給材料，引起原子電離或位移，產(chǎn)生缺陷，從而使其失效。晶體材料經(jīng)過粒子輻照，粒子與原子的各種碰撞效應(yīng)導(dǎo)致受激發(fā)原子的自由遷移，再通過撞擊其他原子產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)，導(dǎo)致在晶界中產(chǎn)生缺陷，逐漸產(chǎn)生材料宏觀上的結(jié)構(gòu)損傷和性能失效。非晶合金材料的特殊無(wú)序結(jié)構(gòu)使輻照誘導(dǎo)缺陷的產(chǎn)生、長(zhǎng)大以及缺陷集中缺少了結(jié)構(gòu)條件。非晶合金材料的無(wú)序結(jié)構(gòu)比有序結(jié)構(gòu)可能更適用于輻照環(huán)境。

| 抗冷焊性能
當(dāng)航天器處于超高真空環(huán)境時(shí)，航天器運(yùn)動(dòng)部件的表面清潔、無(wú)污染金屬接觸面間原子鍵結(jié)合會(huì)造成粘接，金屬活動(dòng)部件間面過度摩擦?xí)斐赏裹c(diǎn)處局部焊接，這兩種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致金屬撕落、轉(zhuǎn)移，并進(jìn)一步造成接觸面粗糙度增加，這種現(xiàn)象被稱為冷焊效應(yīng)。非晶合金因其特殊的原子結(jié)構(gòu)具有較低的材料表面摩擦系數(shù)和粘著系數(shù)，可有效防止空間中冷焊現(xiàn)象的發(fā)生。

| 抗原子氧剝蝕能力
航天飛行器運(yùn)行的低地球軌道中富含高活性、高氧化性的原子氧，能夠與空間材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，造成表面材料的剝蝕及材料性能退化，進(jìn)而影響飛行器的使用壽命。相比于晶態(tài)金屬材料，非晶合金由于不含晶界、位錯(cuò)等結(jié)構(gòu)缺陷，具有良好的抗原子氧剝蝕性能。

非晶合金材料的空間應(yīng)用展望

| 航天器Whipple防護(hù)裝置
JPL實(shí)驗(yàn)室曾報(bào)道，利用多層非晶合金薄帶搭建的防護(hù)裝置可有效抵抗超高速撞擊實(shí)驗(yàn)，具有更優(yōu)異的“吸能”能力，有望替換衛(wèi)星防護(hù)裝置中的Nextel和Kevlar織物。

| 非晶合金反射鏡
非晶合金材料因?yàn)樘厥獾脑咏Y(jié)構(gòu)，可獲得原子層級(jí)的表面粗糙度。同時(shí)，非晶合金材料具有較低的熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)秀的精密成型性能，有望作為空間反射鏡或者激光器反射鏡實(shí)現(xiàn)空間的應(yīng)用。

| 非晶合金“太陽(yáng)風(fēng)捕集器”
利用非晶合金的混亂無(wú)序密堆排列的原子結(jié)構(gòu)，不存在晶體材料中的“通道效應(yīng)”，可有效截留住空間中的高能粒子。NASA曾在“Genesis”宇宙飛船采用大塊非晶合金圓盤作為收集太陽(yáng)風(fēng)（等離子體）的載體，探索太空等離子的變化機(jī)制和對(duì)地球的影響機(jī)制，保障航天活動(dòng)和地球通信、電網(wǎng)等設(shè)施正常運(yùn)行。同時(shí)，太陽(yáng)風(fēng)中的成分，大部分是氫離子（也就是質(zhì)子）和電子，也有其他重離子和同位素。這些重離子和同位素能提供太陽(yáng)系形成時(shí)的一些信息。

| 非晶合金柔性機(jī)構(gòu)零部件
JPL實(shí)驗(yàn)室多次報(bào)道利用非晶合金材料的高強(qiáng)度、低彈性模量以及較大的彈性變形極限，制備柔性機(jī)構(gòu)（Compliant Mechanism）的零部件。可研制非晶合金諧波齒輪（航天器機(jī)械臂關(guān)節(jié)減速器）、碟形彈簧、彈性多孔金屬橡膠（減震）等空間應(yīng)用零部件。
標(biāo)題為編者制作。