MIT ખાતે Schuh ગ્રુપમાં વિકસાવવામાં આવી રહેલા નવા ટંગસ્ટન એલોય સંભવિતપણે બખ્તર-વેધન અસ્ત્રોમાં ક્ષીણ થયેલા યુરેનિયમને બદલી શકે છે. ચોથા-વર્ષની સામગ્રી વિજ્ઞાન અને એન્જિનિયરિંગ સ્નાતક વિદ્યાર્થી ઝાચેરી સી. કોર્ડેરો માળખાકીય લશ્કરી કાર્યક્રમોમાં અવક્ષય યુરેનિયમને બદલવા માટે ઓછી ઝેરી, ઉચ્ચ-શક્તિ, ઉચ્ચ-ઘનતા સામગ્રી પર કામ કરી રહ્યા છે. ક્ષીણ યુરેનિયમ સૈનિકો અને નાગરિકો માટે સંભવિત સ્વાસ્થ્ય માટે જોખમી છે. કોર્ડેરો કહે છે, "તેને બદલવાનો પ્રયાસ કરવાની પ્રેરણા છે."

સામાન્ય ટંગસ્ટન અસર પર મશરૂમ અથવા બ્લન્ટ કરશે, સૌથી ખરાબ સંભવિત કામગીરી. તેથી પડકાર એલોય વિકસાવવાનો છે કે જે ક્ષીણ થયેલા યુરેનિયમના પ્રદર્શન સાથે મેળ ખાય, જે સ્વ-શાર્પનિંગ બની જાય છે કારણ કે તે સામગ્રીને કાપી નાખે છે અને પેનિટ્રેટર-લક્ષ્ય ઇન્ટરફેસ પર તીક્ષ્ણ નાક જાળવી રાખે છે. "ટંગસ્ટન પોતે જ અપવાદરૂપે મજબૂત અને સખત છે. કોર્ડેરો કહે છે

ક્રોમિયમ અને આયર્ન (W-7Cr-9Fe) સાથેનો ટંગસ્ટન એલોય વાણિજ્યિક ટંગસ્ટન એલોય કરતાં નોંધપાત્ર રીતે મજબૂત હતો, કોર્ડેરોએ વરિષ્ઠ લેખક અને ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગના વડા ક્રિસ્ટોફર એ. શુહ અને મેટાલર્જિકલ એન્ડ મટિરિયલ્સ જર્નલમાં સાથીદારો સાથેના એક પેપરમાં અહેવાલ આપ્યો હતો. વ્યવહારો A. ફિલ્ડ-આસિસ્ટેડ સિન્ટરિંગ હોટ પ્રેસમાં ધાતુના પાવડરને કોમ્પેક્ટ કરીને સુધારણા હાંસલ કરવામાં આવી હતી, શ્રેષ્ઠ પરિણામ સાથે, 1,200 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર 1 મિનિટના પ્રોસેસિંગ સમયે પ્રાપ્ત, ફાઇન ગ્રેઇન સ્ટ્રક્ચર અને સૌથી વધુ કઠિનતા દ્વારા માપવામાં આવ્યું હતું. લાંબા સમય સુધી પ્રક્રિયા સમય અને ઊંચા તાપમાને બરછટ અનાજ અને નબળા યાંત્રિક પ્રભાવ તરફ દોરી. સહ-લેખકોમાં MIT એન્જિનિયરિંગ અને મટિરિયલ્સ સાયન્સ સ્નાતક વિદ્યાર્થી મનસૂ પાર્ક, ઓક રિજ પોસ્ટડોક્ટરલ સાથી એમિલી એલ. હસ્કિન્સ, બોઈસ સ્ટેટ એસોસિયેટ પ્રોફેસર મેગન ફ્રેરી અને સ્નાતક વિદ્યાર્થી સ્ટીવન લિવર્સ અને આર્મી રિસર્ચ લેબોરેટરી મિકેનિકલ એન્જિનિયર અને ટીમ લીડર બ્રાયન ઈ. શુસ્ટરનો સમાવેશ થાય છે. ટંગસ્ટન-ક્રોમિયમ-આયર્ન એલોયના પેટા-સ્કેલ બેલિસ્ટિક પરીક્ષણો પણ કરવામાં આવ્યા છે.

"જો તમે નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ અથવા આકારહીન બલ્ક ટંગસ્ટન (એલોય) બનાવી શકો છો, તો તે ખરેખર એક આદર્શ બેલિસ્ટિક સામગ્રી હોવી જોઈએ," કોર્ડેરો કહે છે. બ્રિજવોટર, NJ ના વતની, Cordero ને 2012 માં વૈજ્ઞાનિક સંશોધનની એર ફોર્સ ઑફિસ દ્વારા નેશનલ ડિફેન્સ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ (NDSEG) ફેલોશિપ મળી. તેમના સંશોધનને યુએસ ડિફેન્સ થ્રેટ રિડક્શન એજન્સી દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવે છે.

અલ્ટ્રાફાઇન અનાજ માળખું

“હું જે રીતે મારી સામગ્રી બનાવું છું તે પાવડર પ્રોસેસિંગ સાથે છે જ્યાં પહેલા આપણે નેનોક્રિસ્ટલાઇન પાવડર બનાવીએ છીએ અને પછી અમે તેને બલ્ક ઑબ્જેક્ટમાં એકીકૃત કરીએ છીએ. પરંતુ પડકાર એ છે કે એકત્રીકરણ માટે સામગ્રીને ઊંચા તાપમાને બહાર લાવવાની જરૂર છે,” કોર્ડેરો કહે છે. એલોયને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવાથી ધાતુની અંદરના અનાજ અથવા વ્યક્તિગત સ્ફટિકીય ડોમેન્સ મોટા થઈ શકે છે, જે તેમને નબળા બનાવે છે. કોર્ડેરો W-7Cr-9Fe કોમ્પેક્ટમાં લગભગ 130 નેનોમીટરની અલ્ટ્રાફાઇન ગ્રેઇન સ્ટ્રક્ચર પ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ હતું, જે ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ્સ દ્વારા પુષ્ટિ થયેલ છે. “આ પાઉડર પ્રોસેસિંગ રૂટનો ઉપયોગ કરીને, અમે 2 સેન્ટિમીટર વ્યાસ સુધીના મોટા નમૂનાઓ બનાવી શકીએ છીએ, અથવા 4 GPa (ગીગાપાસ્કલ્સ) ની ગતિશીલ સંકુચિત શક્તિ સાથે આપણે મોટા થઈ શકીએ છીએ. હકીકત એ છે કે આપણે આ સામગ્રીઓને માપી શકાય તેવી પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને બનાવી શકીએ છીએ તે કદાચ વધુ પ્રભાવશાળી છે," કોર્ડેરો કહે છે.

“અમે એક જૂથ તરીકે જે કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છીએ તે દંડ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ સાથે બલ્ક વસ્તુઓ બનાવવાનો છે. અમે તે ઇચ્છીએ છીએ તેનું કારણ એ છે કે આ સામગ્રીઓમાં ખૂબ જ રસપ્રદ ગુણધર્મો છે જે ઘણી એપ્લિકેશનોમાં સંભવિત ઉપયોગ માટે છે," કોર્ડેરો ઉમેરે છે.

પ્રકૃતિમાં જોવા મળતું નથી

કોર્ડેરોએ એક્ટા મટેરિયાલિયા જર્નલ પેપરમાં નેનોસ્કેલ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્સ સાથે મેટલ એલોય પાવડરની મજબૂતાઈની પણ તપાસ કરી. કોર્ડેરો, વરિષ્ઠ લેખક શુહ સાથે, કોમ્પ્યુટેશનલ સિમ્યુલેશન અને લેબોરેટરી પ્રયોગો બંનેનો ઉપયોગ એ બતાવવા માટે કરે છે કે સમાન પ્રારંભિક શક્તિઓ સાથે ટંગસ્ટન અને ક્રોમિયમ જેવી ધાતુઓના એલોય એકરૂપતા અને મજબૂત અંતિમ ઉત્પાદનનું વલણ ધરાવે છે, જ્યારે મોટી પ્રારંભિક તાકાત સાથે ધાતુઓના સંયોજનો મેળ ખાતા નથી. જેમ કે ટંગસ્ટન અને ઝિર્કોનિયમ એક કરતાં વધુ તબક્કા હાજર સાથે નબળા એલોયનું ઉત્પાદન કરે છે.

"ઉચ્ચ-ઉર્જા બોલ મિલિંગની પ્રક્રિયા એ પ્રક્રિયાઓના મોટા પરિવારનું એક ઉદાહરણ છે જેમાં તમે તેના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને વિચિત્ર બિન-સંતુલન સ્થિતિમાં ચલાવવા માટે સામગ્રીમાંથી હેકને વિકૃત કરો છો. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર જે બહાર આવે છે તેની આગાહી કરવા માટે ખરેખર કોઈ સારું માળખું નથી, તેથી ઘણી વખત આ અજમાયશ અને ભૂલ છે. અમે એલોય ડિઝાઇન કરવાથી અનુભવવાદને દૂર કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા હતા જે મેટાસ્ટેબલ સોલિડ સોલ્યુશન બનાવશે, જે બિન-સંતુલન તબક્કાનું એક ઉદાહરણ છે," કોર્ડેરો સમજાવે છે.

"તમે આ બિન-સંતુલન તબક્કાઓ ઉત્પન્ન કરો છો, જે વસ્તુઓ તમે સામાન્ય રીતે તમારી આસપાસની દુનિયામાં, પ્રકૃતિમાં જોઈ શકતા નથી, આ ખરેખર આત્યંતિક વિકૃતિ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને," તે કહે છે. હાઇ-એનર્જી બોલ મિલિંગની પ્રક્રિયામાં ધાતુના પાઉડરને શીયરિંગ સાથે વારંવાર શીયરિંગનો સમાવેશ થાય છે, જે સ્પર્ધા કરતી વખતે એલોયિંગ તત્વોને એકબીજા સાથે ભળી જાય છે, થર્મલી-સક્રિય પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રક્રિયાઓ એલોયને તેની સંતુલન સ્થિતિમાં પાછા આવવા દે છે, જે ઘણા કિસ્સાઓમાં તબક્કાવાર અલગ પડે છે. . "તેથી આ બે પ્રક્રિયાઓ વચ્ચે આ સ્પર્ધા છે," કોર્ડેરો સમજાવે છે. તેમના પેપરમાં આપેલ એલોયમાં રસાયણશાસ્ત્રની આગાહી કરવા માટે એક સરળ મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો જે નક્કર ઉકેલ બનાવશે અને પ્રયોગો સાથે તેને માન્ય કરશે. કોર્ડેરો કહે છે, "એઝ-મીલ્ડ પાઉડર એ કેટલીક સખત ધાતુઓ છે જે લોકોએ જોઈ છે," કોર્ડેરો કહે છે, નોંધ પરીક્ષણો દર્શાવે છે કે ટંગસ્ટન-ક્રોમિયમ એલોય 21 GPa ની નેનોઈન્ડેન્ટેશન કઠિનતા ધરાવે છે. તે તેમને નેનોક્રિસ્ટલાઇન આયર્ન-આધારિત એલોય અથવા બરછટ-દાણાવાળા ટંગસ્ટનની નેનોઈન્ડેન્ટેશન કઠિનતાને લગભગ બમણી બનાવે છે.

ધાતુશાસ્ત્રને સુગમતાની જરૂર છે

અલ્ટ્રાફાઇન ગ્રેઇન ટંગસ્ટન-ક્રોમિયમ-આયર્ન એલોય કોમ્પેક્ટ્સમાં તેમણે અભ્યાસ કર્યો હતો, એલોય ઉચ્ચ-ઊર્જા બોલ મિલિંગ દરમિયાન સ્ટીલ ગ્રાઇન્ડીંગ મીડિયા અને શીશીના ઘર્ષણમાંથી લોખંડને ઉપાડી લે છે. "પરંતુ તે તારણ આપે છે કે તે એક પ્રકારની સારી બાબત પણ હોઈ શકે છે, કારણ કે એવું લાગે છે કે તે નીચા તાપમાને ઘનતાને વેગ આપે છે, જે તે ઊંચા તાપમાને તમારે જે સમય પસાર કરવો પડશે તે ઘટાડે છે જે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં ખરાબ ફેરફારો તરફ દોરી શકે છે." કોર્ડેરો સમજાવે છે. "મોટી બાબત એ છે કે લવચીક બનવું અને ધાતુશાસ્ત્રમાં તકોને ઓળખવી."

કોર્ડેરોએ 2010માં MITમાંથી ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સ્નાતકની સાથે સ્નાતક થયા અને લોરેન્સ બર્કલે નેશનલ લેબમાં એક વર્ષ કામ કર્યું. ત્યાં, તેઓ એન્જિનિયરિંગ સ્ટાફથી પ્રેરિત થયા જેઓ ધાતુશાસ્ત્રીઓની અગાઉની પેઢી પાસેથી શીખ્યા કે જેમણે બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન મેનહટન પ્રોજેક્ટ માટે પ્લુટોનિયમ રાખવા માટે ખાસ ક્રુસિબલ્સ બનાવ્યા. "તેઓ જે પ્રકારની સામગ્રી પર કામ કરી રહ્યા હતા તે સાંભળીને હું ખૂબ જ ઉત્સાહિત અને ધાતુઓની પ્રક્રિયા માટે ઉત્સુક બન્યો. તે પણ માત્ર ઘણો આનંદ છે,” Cordero કહે છે. અન્ય સામગ્રી વિજ્ઞાન પેટા-શિસ્તમાં, તે કહે છે, “તમે 1,000 C પર ભઠ્ઠી ખોલી શકતા નથી, અને લાલ ગરમ કંઈક ચમકતું જોશો. તમે હીટ-ટ્રીટ સામગ્રી મેળવતા નથી." તે 2015 માં પીએચડી પૂર્ણ કરવાની અપેક્ષા રાખે છે.

તેમ છતાં તેમનું વર્તમાન કાર્ય માળખાકીય એપ્લિકેશનો પર કેન્દ્રિત છે, તે જે પ્રકારનું પાવડર પ્રોસેસિંગ કરે છે તેનો ઉપયોગ ચુંબકીય સામગ્રી બનાવવા માટે પણ થાય છે. "ઘણી બધી માહિતી અને જ્ઞાન અન્ય વસ્તુઓ પર લાગુ કરી શકાય છે," તે કહે છે. "આ પરંપરાગત માળખાકીય ધાતુવિજ્ઞાન હોવા છતાં, તમે આ જૂની-શાળાની ધાતુવિજ્ઞાનને નવી-શાળાની સામગ્રીમાં લાગુ કરી શકો છો."