D'fhéadfadh cóimhiotail tungstain nua atá á bhforbairt sa Schuh Group ag MIT ionad úráiniam ídithe a chur in ionad teilgeáin poll-armúr. Tá mac léinn céime eolaíochta agus innealtóireachta na ceathrú bliana Zachary C. Cordero ag obair ar ábhar íseal-tocsaineachta, ard-neart, ard-dlúis chun úráiniam ídithe a athsholáthar in iarratais struchtúracha míleata. D’fhéadfadh úráiniam laghdaithe a bheith ina ghuais sláinte do shaighdiúirí agus do shibhialtaigh. “Sin é an spreagadh chun iarracht a dhéanamh é a athsholáthar,” a deir Cordero.

Bheadh ​​gnáth-thungstain muisiriún nó maol ar thionchar, an fheidhmíocht is measa is féidir. Mar sin is é an dúshlán atá ann ná cóimhiotal a fhorbairt a bheidh in ann feidhmíocht úráiniam laghdaithe a mheaitseáil, a éiríonn féin-ghéarú de réir mar a lomann sé ábhar agus a choinníonn srón géar ag an gcomhéadan sprioc-trealaithe. “Tá tungstain ann féin thar a bheith láidir agus crua. Chuireamar eilimintí cóimhiotalacha eile isteach chun é a dhéanamh ionas gur féidir linn é a chomhdhlúthú sa bhulcréad seo,” a deir Cordero.

Bhí cóimhiotal tungstain le cróimiam agus iarann ​​(W-7Cr-9Fe) i bhfad níos láidre ná cóimhiotail tungstain tráchtála, thuairiscigh Cordero i bpáipéar leis an údar sinsearach agus ceann na Roinne Eolaíochta Ábhair agus Innealtóireachta Christopher A. Schuh agus comhghleacaithe san iris Metallurgical and Materials Idirbhearta A. Baineadh an feabhas amach trí phúdair miotail a dhlúthú i bpreas te shintéirithe le cúnamh réimse, agus baineadh amach an toradh is fearr, arna thomhas ag an struchtúr gráin fíneáil agus an cruas is airde, ag am próiseála 1 nóiméad ag 1,200 céim Celsius. Mar thoradh ar amanna próiseála níos faide agus teochtaí níos airde, bhí gráinní níos garbh agus feidhmíocht mheicniúil níos laige. I measc na gcomhúdair bhí mac léinn iarchéime innealtóireachta agus ábhair MIT Mansoo Park, comhghleacaí iardhochtúireachta Oak Ridge Emily L. Huskins, Ollamh Comhlach Boise State Megan Fary agus mac léinn iarchéime Steven Livers, agus innealtóir meicniúil agus ceannaire foirne de chuid Saotharlann Taighde an Airm, Brian E. Schuster. Rinneadh tástálacha ballistic foscála ar an gcóimhiotal tungstain-cróimiam-iarann ​​freisin.

"Más féidir leat tungstain (cóimhiotal) nanastruchtúrtha nó éagruthach a dhéanamh, ba cheart gur ábhar idéalach ballistic é,” a deir Cordero. Fuair ​​Cordero, ó Bridgewater, NJ ó dhúchas, Comhaltacht Náisiúnta Eolaíochta agus Innealtóireachta Cosanta (NDSEG) in 2012 trí Oifig Taighde Eolaíoch an Aerfhórsa. Tá a chuid taighde maoinithe ag Gníomhaireacht um Laghdú Bagairtí Cosanta na SA.

Struchtúr gráin ultrafine

“Is é an bealach a dhéanaim mo chuid ábhar ná le próiseáil púdair, áit a ndéanaimid púdar nanocrystalline ar dtús agus ansin déanaimid é a chomhdhlúthú ina bhulc-réad. Ach is é an dúshlán atá ann ná go n-éilíonn comhdhlúthú an t-ábhar a nochtadh chuig teochtaí níos airde,” a deir Cordero. Má dhéantar na cóimhiotail a théamh go teocht ard is féidir leis na gránaigh, nó na fearainn chriostail aonair, laistigh den mhiotal a mhéadú, rud a lagaíonn iad. Bhí Cordero in ann struchtúr gráin ultrafine de thart ar 130 nanaiméadar a bhaint amach sa dhlúth W-7Cr-9Fe, arna dhearbhú ag micreagraif leictreon. “Agus an bealach próiseála púdair seo á úsáid againn, is féidir linn samplaí móra a dhéanamh suas le 2 ceintiméadar ar trastomhas, nó d’fhéadfaimis dul níos mó, le láidreachtaí comhbhrúiteacha dinimiciúla de 4 GPa (gigapascals). B’fhéidir go bhfuil sé níos suntasaí fós gur féidir linn na hábhair seo a dhéanamh trí úsáid a bhaint as próiseas inscálaithe,” a deir Cordero.

“Is é an rud atáimid ag iarraidh a dhéanamh mar ghrúpa ná mórrudaí a dhéanamh le nanastruchtúir mhíne. Is é an chúis ba mhaith linn é sin ná go bhfuil airíonna an-suimiúla ag na hábhair seo a d’fhéadfaí a úsáid ina lán feidhmchlár,” a deir Cordero.

Ní bhfuarthas sa nádúr

Scrúdaigh Cordero freisin neart púdair cóimhiotal miotail le micreastruchtúir nanascála i bpáipéar irisleabhair Acta Materialia. D’úsáid Cordero, leis an údar sinsearach Schuh, ionsamhlúcháin ríomhaireachtúla agus turgnaimh saotharlainne chun a thaispeáint go raibh claonadh ag cóimhiotail mhiotail ar nós tungstain agus cróimiam a raibh na láidreachtaí tosaigh comhchosúla acu táirge deiridh níos láidre a aonchineálú agus a tháirgeadh, ach go ndéanfadh teaglaim de mhiotail le hais-mheaitseáil mhór tosaigh den sórt sin. toisc go raibh claonadh ag tungstain agus siorcóiniam cóimhiotal níos laige a tháirgeadh le níos mó ná céim amháin i láthair.

“Is sampla amháin é an próiseas muilleoireachta liathróid ardfhuinnimh de líon níos mó próiseas ina ndéanann tú an t-ábhar a dhífhoirmiú chun a mhicreastruchtúir a thiomáint isteach i staid aisteach neamhchothromaíochta. Níl creat maith ann i ndáiríre chun an microstructure a thagann amach a thuar, mar sin is minic a bhíonn triail agus earráid ann. Bhí muid ag iarraidh an eimpíreach a bhaint ó chóimhiotail a dhearadh a bheidh mar thuaslagán soladach metastable, ar sampla amháin é de chéim neamhchothromaíochta,” a mhíníonn Cordero.

“Táirgeann tú na céimeanna neamhchothromaíochta seo, rudaí nach bhfeicfeá de ghnáth ar an domhan thart timpeall ort, sa nádúr, ag baint úsáide as na próisis dhífhoirmithe fíor-mhóra seo,” a deir sé. Is éard atá i gceist leis an bpróiseas muilleoireachta liathróid ardfhuinnimh ná na púdair miotail a lomadh arís agus arís eile agus an lomadh ag tiomáint na n-eilimintí cóimhiotalacha chun idirmheascadh agus iad in iomaíocht, ligeann próisis aisghabhála teirmeach-ghníomhaithe don chóimhiotal filleadh ar a staid chothromaíochta, rud atá i go leor cásanna chun céim a scaradh. . “Mar sin tá an iomaíocht idir an dá phróiseas seo,” a mhíníonn Cordero. Mhol a pháipéar múnla simplí chun ceimicí a thuar i gcóimhiotal ar leith a chruthóidh tuaslagán soladach agus a bhailíochtaigh sé le turgnaimh. “Is iad na púdair mar-mheilte cuid de na miotail is deacra atá feicthe ag daoine,” a deir Cordero, ag tabhairt faoi deara gur léirigh tástálacha go bhfuil cruas nan-anaintíniúchán de 21 GPa ag an gcóimhiotal tungstain-cróimiam. Is é sin a fhágann go bhfuil siad thart ar dhá oiread cruas na nanaindentation de chóimhiotail iarainn-bhunaithe nanocrystalline nó tungstain garbhghráin.

Éilíonn miotalóireacht solúbthacht

Sna dlúthchodanna cóimhiotail tungstain-cróimiam-iarann ​​​​gráin ultrafine a ndearna sé staidéar orthu, phioc na cóimhiotail an t-iarann ​​​​ó scríobadh na meáin mheilt cruach agus vial le linn muilleoireachta liathróid ardfhuinnimh. “Ach tarlaíonn sé gur féidir gur rud maith é sin freisin, toisc go bhfuil an chuma ar an scéal go gcuireann sé dlús leis an dlúis ag teochtaí ísle, rud a laghdaíonn an méid ama a chaithfidh tú a chaitheamh ag na teochtaí arda sin a d’fhéadfadh droch-athruithe ar mhicreastruchtúr a bheith mar thoradh orthu,” Míníonn Cordero. “Is é an rud is mó ná a bheith solúbtha agus deiseanna sa mhiotaleolaíocht a aithint.”

Suíonn millíní cóimhiotal miotail dlúthaithe in aice le púdair miotail iarainn cróimiam tungstain mar a mheilte i mbád a úsáidtear chun na miotail a mheá. Úsáidtear na liathróidí cruach chun na miotail a dhífhoirmiú i muileann liathróid ardfhuinnimh. Creidmheas: Denis Paiste/Ionad Próiseála Ábhair
Bhain Cordero céim amach ó MIT in 2010 le Baitsiléir san fhisic agus d'oibrigh sé ar feadh bliana ag Lawrence Berkeley National Lab. Is ann a spreag an fhoireann innealtóireachta é a d'fhoghlaim ó ghlúin níos luaithe de mhiotaleolaithe a rinne breogáin speisialta chun plútóiniam a choinneáil do Thionscadal Manhattan le linn an Dara Cogadh Domhanda. “Chuala mé an cineál rudaí a raibh siad ag obair orthu, chuir sé an-sult agus fonn orm próiseáil miotail. Níl ann ach go leor spraoi freisin,” a deir Cordero. I bhfodhisciplíní eolaíocht ábhair eile, deir sé, “Ní féidir leat foirnéis a oscailt ag 1,000 C, agus rud éigin a fheiceáil ag lasadh te dearg. Ní bhíonn tú in ann rudaí a chóireáil le teas.” Tá súil aige a PhD a chríochnú in 2015.

Cé go bhfuil a chuid oibre reatha dírithe ar fheidhmeanna struchtúracha, úsáidtear an cineál próiseála púdair atá á dhéanamh aige freisin chun ábhair mhaighnéadacha a dhéanamh. “Is féidir go leor den eolas agus den eolas a chur i bhfeidhm ar rudaí eile,” a deir sé. “Cé gur miotalóireacht struchtúrach thraidisiúnta é seo, is féidir leat an mhiotaleolaíocht sean-scoile seo a chur i bhfeidhm ar ábhair nua-scoile.”