በ MIT ውስጥ በሹህ ግሩፕ ውስጥ እየተገነቡ ያሉ አዳዲስ የተንግስተን ውህዶች የተሟጠጠ ዩራኒየምን በጦር መሣሪያ መበሳት የሚችሉ ፕሮጄክቶችን ሊተኩ ይችላሉ። የአራተኛ አመት የቁሳቁስ ሳይንስ እና ምህንድስና ተመራቂ ተማሪ ዛቻሪ ሲ ኮርዴሮ የተሟጠጠ ዩራኒየምን በመዋቅራዊ ወታደራዊ አፕሊኬሽኖች ለመተካት በዝቅተኛ መርዛማነት፣ ከፍተኛ ጥንካሬ እና ከፍተኛ ጥግግት ላይ እየሰራ ነው። የተሟጠጠ ዩራኒየም በወታደሮች እና በሲቪሎች ላይ የጤና ጠንቅ ይፈጥራል። "ይህን ለመተካት የመሞከር ተነሳሽነት ነው" ይላል ኮርዴሮ።

የተለመደው ቱንግስተን እንጉዳይ ወይም በተጽእኖ ላይ ደብዛዛ ይሆናል፣ በተቻለ መጠን በጣም የከፋ አፈጻጸም። ስለዚህ ተግዳሮቱ ከተዳከመ የዩራኒየም አፈጻጸም ጋር ሊመጣጠን የሚችል ቅይጥ ማዘጋጀት ነው፣ እሱም ቁሳቁሱን ሲቆርጥ እና በፔነተሬተር-ዒላማ በይነገጽ ላይ ሹል አፍንጫ ሲይዝ እራሱን የሚሳል ይሆናል። ቱንግስተን በራሱ ለየት ያለ ጠንካራ እና ከባድ ነው። ወደዚህ የጅምላ ነገር ለማዋሃድ እንድንችል ሌሎች ቅይጥ ንጥረ ነገሮችን እናስቀምጣለን” ሲል ኮርዴሮ ይናገራል።

ክሮሚየም እና ብረት ያለው የተንግስተን ቅይጥ (W-7Cr-9Fe) ከንግድ ከተንግስተን ውህዶች በጣም ጠንካራ እንደነበር ኮርዴሮ ከከፍተኛ ደራሲ እና የቁሳቁስ ሳይንስ እና ምህንድስና ክፍል ኃላፊ ክሪስቶፈር ኤ.ሹህ እና ባልደረቦቻቸው ጋር በብረታ ብረት እና ቁሳቁሶች መጽሔት ላይ ባደረጉት ንግግር ዘግቧል። ግብይቶች ሀ ማሻሻያው የተገኘው በሜዳ ላይ በሚታገዝ የሙቅ ማተሚያ ውስጥ የብረት ዱቄቶችን በመጠቅለል ጥሩ ውጤት በማስመዝገብ ነው በ 1 ደቂቃ በ 1,200 ዲግሪ ሴልሺየስ የማቀነባበሪያ ጊዜ የተገኘው በጥሩ የእህል መዋቅር እና ከፍተኛ ጥንካሬ. ረዘም ያለ የሂደት ጊዜ እና ከፍተኛ የሙቀት መጠን ወደ ጥራጥሬ እህሎች እና ደካማ የሜካኒካዊ አፈፃፀም ምክንያት ሆኗል. አብሮ-ደራሲዎች የ MIT ምህንድስና እና የቁሳቁስ ሳይንስ ተመራቂ ተማሪ ማንሶ ፓርክ ፣ ኦክ ሪጅ የድህረ ምረቃ ባልደረባ ኤሚሊ ኤል. ሁስኪንስ ፣ የቦይስ ግዛት ተባባሪ ፕሮፌሰር ሜጋን ፍሬሪ እና የድህረ ምረቃ ተማሪ ስቲቨን ሊቨርስ እና የሰራዊት ምርምር ላቦራቶሪ ሜካኒካል መሐንዲስ እና የቡድን መሪ ብሪያን ኢ.ሹስተር ይገኙበታል። የተንግስተን-ክሮሚየም-ብረት ቅይጥ ንዑስ-ልኬት ባሊስቲክ ሙከራዎችም ተካሂደዋል።

ኮርዴሮ "በናኖ የተዋቀረ ወይም ቅርጽ ያለው የጅምላ ቱንግስተን (alloy) መስራት ከቻልክ በጣም ጥሩ የሆነ የባለስቲክ ቁሳቁስ መሆን አለበት" ሲል ኮርዴሮ ይናገራል። ኮርዴሮ፣ የብሪጅዋተር፣ ኤንጄ ተወላጅ፣ በ2012 የብሔራዊ መከላከያ ሳይንስ እና ኢንጂነሪንግ (NDSEG) ህብረትን በአየር ሃይል የሳይንሳዊ ምርምር ቢሮ ተቀብሏል። የእሱ ጥናት የሚሸፈነው በዩኤስ የመከላከያ ስጋት ቅነሳ ኤጀንሲ ነው።

Ultrafine እህል መዋቅር

"ቁሳቆቼን የምሰራበት መንገድ በዱቄት ማቀነባበሪያ ሲሆን በመጀመሪያ ናኖክሪስታሊን ዱቄት እንሰራለን እና ከዚያም ወደ አንድ የጅምላ እቃ እናዋህዳለን። ነገር ግን ተግዳሮቱ ማጠናከሪያ ቁሳቁሱን ለከፍተኛ የሙቀት መጠን ማጋለጥን ይጠይቃል" ይላል ኮርዴሮ። ውህዶቹን ወደ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማሞቅ በብረት ውስጥ የሚገኙትን ጥራጥሬዎች ወይም የግለሰብ ክሪስታላይን ጎራዎች እንዲጨምሩ ሊያደርግ ይችላል ይህም ያዳክማል። Cordero በኤሌክትሮን ማይክሮግራፍ የተረጋገጠውን በ W-7Cr-9F ኮምፓክት ውስጥ ወደ 130 ናኖሜትሮች የሚደርስ የአልትራፊን እህል መዋቅር ማሳካት ችሏል። "ይህን የዱቄት ማቀነባበሪያ መንገድ በመጠቀም እስከ 2 ሴንቲ ሜትር ዲያሜትር ትላልቅ ናሙናዎችን መስራት እንችላለን ወይም ወደ ትልቅ ልንሄድ እንችላለን, በተለዋዋጭ የ 4 GPa (gigapascals) ጥንካሬዎች. ሊሰፋ የሚችል ሂደትን በመጠቀም እነዚህን ቁሳቁሶች መስራት መቻላችን ምናልባት የበለጠ አስደናቂ ነው ሲል ኮርዴሮ ይናገራል።

“በቡድን ልንሰራ የምንሞክረው ጅምላ ነገሮችን በጥሩ ናኖስትራክቸር መስራት ነው። ያንን ለማድረግ የምንፈልግበት ምክንያት እነዚህ ቁሳቁሶች በብዙ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውሉ የሚችሉ በጣም አስደሳች ባህሪያት ስላሏቸው ነው" ሲል ኮርዴሮ ጨምሯል።

በተፈጥሮ ውስጥ አልተገኘም

ኮርዴሮ በ Acta Materialia ጆርናል ወረቀት ላይ የብረት ቅይጥ ዱቄቶችን ጥንካሬ በ nanoscale ማይክሮስትራክቸሮች መርምሯል። ኮርዴሮ፣ ከከፍተኛ ደራሲ ሹህ ጋር፣ እንደ የተንግስተን እና ክሮሚየም ያሉ የብረት ውህዶች ተመሳሳይነት ያላቸው የመጀመሪያ ጥንካሬዎች ተመሳሳይነት እንዲኖራቸው እና የበለጠ ጠንካራ የሆነ የመጨረሻ ምርት እንደሚያመርቱ ለማሳየት ሁለቱንም የስሌት ማስመሰያዎች እና የላብራቶሪ ሙከራዎችን ተጠቅሟል። tungsten እና zirconium ከአንድ በላይ ደረጃ ያለው ደካማ ቅይጥ ለማምረት ሲሞክሩ።

"ከፍተኛ ኃይል ያለው ኳስ ወፍጮ ሂደት አንድ ትልቅ ቤተሰብ ሂደቶች መካከል አንዱ ምሳሌ ነው ይህም በውስጡ ጥቃቅን መዋቅር ወደ አንድ እንግዳ ሚዛናዊ ያልሆነ ሁኔታ ለመንዳት በቁሳቁሱ ወደ ውጭ በመቅረጽ. የሚወጣውን ጥቃቅን መዋቅር ለመተንበይ ጥሩ ማዕቀፍ የለም, ስለዚህ ብዙ ጊዜ ይህ ሙከራ እና ስህተት ነው. ሚዛኑን የጠበቀ ጠንካራ መፍትሄ የሚፈጥሩ ውህዶችን ከመንደፍ ላይ ኢምፔሪሲዝምን ለማስወገድ እየሞከርን ነበር፣ ይህም ሚዛናዊ ያልሆነ ምዕራፍ አንዱ ምሳሌ ነው” ሲል ኮርዴሮ ገልጿል።

"እነዚህን ሚዛናዊ ያልሆኑ ደረጃዎችን ታመርታለህ፣ በአካባቢያችሁ ባለው አለም ላይ በተለምዶ የማታዩአቸውን ነገሮች በተፈጥሮ ውስጥ እነዚህን እጅግ በጣም የከፋ የአካል መበላሸት ሂደቶችን በመጠቀም" ይላል። ከፍተኛ ኃይል ያለው ኳስ መፍጨት ሂደት የብረት ዱቄቶችን ደጋግሞ መቁረጥን እና ሹሩባው በሚወዳደሩበት ጊዜ ውህድ ንጥረ ነገሮችን እንዲቀላቀሉ ያደርጋቸዋል ፣ በሙቀት-ነክ የሆኑ የማገገሚያ ሂደቶች ቅይጥ ወደ ሚዛናዊ ሁኔታው ​​እንዲመለስ ያስችለዋል ፣ ይህም በብዙ ሁኔታዎች መለያየትን ያስከትላል። . "ስለዚህ በእነዚህ ሁለት ሂደቶች መካከል ይህ ውድድር አለ" ሲል ኮርዴሮ ያብራራል. የእሱ ወረቀት በተሰጠው ቅይጥ ውስጥ ኬሚስትሪን ለመተንበይ ቀላል ሞዴል አቅርቧል ይህም ጠንካራ መፍትሄ ይፈጥራል እና በሙከራዎች አረጋግጧል. "እንደ-ወፍጮ የሚዘጋጁት ዱቄቶች ሰዎች ካዩዋቸው በጣም ከባድ ብረቶች መካከል ጥቂቶቹ ናቸው" ሲል ኮርዴሮ ተናግሯል፣ በፈተናዎች የተካሄዱት ሙከራዎች የተንግስተን-ክሮሚየም ቅይጥ የ 21 ጂፒኤ ናኖኢንደንትቴሽን ጥንካሬ እንዳለው አሳይቷል። ያ ከናኖክሪስታሊን ብረት ላይ የተመረኮዙ ውህዶች ወይም የተንግስተን የናኖኢንዲቴሽን ጥንካሬ በእጥፍ ያደርጓቸዋል።

የብረታ ብረት ስራ ተለዋዋጭነትን ይጠይቃል

ባጠናው የአልትራፊን እህል የተንግስተን-ክሮሚየም-ብረት ቅይጥ ኮምፓክት ውስጥ፣ ውህዱ ብረቱን የወሰደው ከብረት መፍጫ ሚዲያ እና ብልቃጥ ከፍተኛ ኃይል ባለው ኳስ ወፍጮ ወቅት ነው። "ነገር ግን ያ ጥሩ ነገር ሊሆን ይችላል, ምክንያቱም በዝቅተኛ የሙቀት መጠን መጨመርን ያፋጥናል, ይህም በአጉሊ መነጽር ውስጥ መጥፎ ለውጦችን ሊያስከትሉ በሚችሉ ከፍተኛ ሙቀቶች ላይ የሚያሳልፉትን ጊዜ ይቀንሳል." Cordero ያስረዳል። "ትልቁ ነገር ተለዋዋጭ መሆን እና በብረታ ብረት ውስጥ እድሎችን ማወቅ ነው."

የታመቀ የብረት ቅይጥ ፔሌት እንደ-የተፈጨ የተንግስተን-ክሮሚየም ብረት ብረት ዱቄቶች ብረቶች ለመመዘን በሚያገለግል ጀልባ ውስጥ ተቀምጧል። የብረት ኳሶች ከፍተኛ ኃይል ባለው የኳስ ወፍጮ ውስጥ ያሉትን ብረቶች ለማበላሸት ያገለግላሉ። ክሬዲት፡ ዴኒስ ፓስቴ/ቁሳቁሶች ማቀነባበሪያ ማዕከል
ኮርዴሮ እ.ኤ.አ. በ 2010 ከ MIT በፊዚክስ በባችለር የተመረቀ ሲሆን በሎውረንስ በርክሌይ ናሽናል ቤተ ሙከራ ለአንድ አመት ሰርቷል። እዚያም በሁለተኛው የዓለም ጦርነት ወቅት ፕሉቶኒየምን ለማንሃተን ፕሮጀክት ለመያዝ ልዩ ክራንች በሠሩት ከቀድሞው የብረታ ብረት ባለሙያዎች የተማሩት የምህንድስና ሰራተኞች አነሳስቷል. "እነሱ እየሰሩበት ያለውን አይነት ነገር መስማቴ በጣም እንድጓጓ እና የብረታ ብረት ማቀነባበሪያ እንድጓጓ አድርጎኛል። እንዲሁም በጣም አስደሳች ብቻ ነው” ይላል ኮርዴሮ። በሌሎች የቁሳቁስ ሳይንስ ንዑስ ዲሲፕሊንስ፣ “በ1,000 ሴ. ነገሮችን በሙቀት ማከም አትችልም። ፒኤችዲውን በ2015 እንደሚያጠናቅቅ ይጠበቃል።

ምንም እንኳን አሁን ያለው ስራው በመዋቅራዊ አፕሊኬሽኖች ላይ ያተኮረ ቢሆንም፣ እየሰራ ያለው የዱቄት ማቀነባበሪያ አይነትም መግነጢሳዊ ቁሳቁሶችን ለመሥራት ያገለግላል። "ብዙ መረጃ እና እውቀት በሌሎች ነገሮች ላይ ሊተገበር ይችላል" ይላል. ምንም እንኳን ይህ ባህላዊ መዋቅራዊ ብረታ ብረት ቢሆንም፣ ይህንን የድሮ ትምህርት ቤት ብረትን በአዲስ ትምህርት ቤት ቁሳቁሶች ላይ መተግበር ይችላሉ።