എംഐടിയിലെ ഷുഹ് ഗ്രൂപ്പിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കുന്ന പുതിയ ടങ്സ്റ്റൺ അലോയ്കൾക്ക് കവചം തുളയ്ക്കുന്ന പ്രൊജക്റ്റൈലുകളിൽ കുറഞ്ഞുപോയ യുറേനിയത്തിന് പകരം വയ്ക്കാൻ കഴിയും. നാലാം വർഷ മെറ്റീരിയൽ സയൻസും എഞ്ചിനീയറിംഗ് ബിരുദ വിദ്യാർത്ഥിയുമായ സക്കറി സി. കോർഡെറോ, ഘടനാപരമായ സൈനിക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ കുറഞ്ഞുപോയ യുറേനിയത്തിന് പകരമായി കുറഞ്ഞ വിഷാംശം, ഉയർന്ന ശക്തി, ഉയർന്ന സാന്ദ്രത എന്നിവയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ക്ഷയിച്ച യുറേനിയം സൈനികർക്കും സാധാരണക്കാർക്കും ആരോഗ്യപരമായ അപകടമുണ്ടാക്കുന്നു. "അത് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രചോദനമാണ്," കോർഡെറോ പറയുന്നു.

സാധാരണ ടങ്സ്റ്റൺ കൂൺ അല്ലെങ്കിൽ ആഘാതത്തിൽ മൂർച്ചയേറിയതാണ്, സാധ്യമായ ഏറ്റവും മോശം പ്രകടനം. അതിനാൽ, ശോഷണം സംഭവിച്ച യുറേനിയത്തിൻ്റെ പ്രകടനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയുന്ന ഒരു അലോയ് വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് വെല്ലുവിളി, അത് മെറ്റീരിയൽ വെട്ടിമാറ്റുമ്പോൾ സ്വയം മൂർച്ച കൂട്ടുകയും പെനട്രേറ്റർ-ടാർഗെറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിൽ മൂർച്ചയുള്ള മൂക്ക് നിലനിർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. “ടങ്സ്റ്റൺ സ്വയം അസാധാരണമാംവിധം ശക്തവും കഠിനവുമാണ്. ഇത് നിർമ്മിക്കാൻ ഞങ്ങൾ മറ്റ് അലോയിംഗ് ഘടകങ്ങൾ ഇടുന്നു, അതുവഴി ഈ ബൾക്ക് ഒബ്‌ജക്റ്റിലേക്ക് അതിനെ ഏകീകരിക്കാൻ കഴിയും, ”കോർഡെറോ പറയുന്നു.

ക്രോമിയവും ഇരുമ്പും ഉള്ള ഒരു ടങ്സ്റ്റൺ അലോയ് (W-7Cr-9Fe) വാണിജ്യ ടങ്സ്റ്റൺ അലോയ്കളേക്കാൾ ശക്തമായിരുന്നു, കോർഡെറോ മുതിർന്ന എഴുത്തുകാരനും മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് ഡിപ്പാർട്ട്മെൻ്റ് മേധാവി ക്രിസ്റ്റഫർ എ. ഷൂഹും മെറ്റലർജിക്കൽ ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽസ് ജേണലിലെ സഹപ്രവർത്തകരുമായി ഒരു പ്രബന്ധത്തിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു. ഇടപാടുകൾ A. ഫീൽഡ്-അസിസ്റ്റഡ് സിൻ്ററിംഗ് ഹോട്ട് പ്രസ്സിൽ ലോഹപ്പൊടികൾ ഒതുക്കുന്നതിലൂടെ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ കൈവരിച്ചു, മികച്ച ഫലം, മികച്ച ധാന്യ ഘടനയും ഉയർന്ന കാഠിന്യവും അളന്ന്, 1,200 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 1 മിനിറ്റ് പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് നേടിയെടുത്തു. ദൈർഘ്യമേറിയ പ്രോസസ്സിംഗ് സമയവും ഉയർന്ന താപനിലയും പരുക്കൻ ധാന്യങ്ങൾക്കും ദുർബലമായ മെക്കാനിക്കൽ പ്രകടനത്തിനും കാരണമായി. സഹ-രചയിതാക്കളിൽ എംഐടി എഞ്ചിനീയറിംഗ്, മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ബിരുദ വിദ്യാർത്ഥിയായ മൻസൂ പാർക്ക്, ഓക്ക് റിഡ്ജ് പോസ്റ്റ്ഡോക്ടറൽ ഫെലോ എമിലി എൽ. ഹസ്കിൻസ്, ബോയിസ് സ്റ്റേറ്റ് അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസർ മേഗൻ ഫ്രാരി, ബിരുദ വിദ്യാർത്ഥി സ്റ്റീവൻ ലിവേഴ്സ്, ആർമി റിസർച്ച് ലബോറട്ടറി മെക്കാനിക്കൽ എഞ്ചിനീയറും ടീം ലീഡറുമായ ബ്രയാൻ ഇ.ഷൂസ്റ്റർ എന്നിവരും ഉൾപ്പെടുന്നു. ടങ്സ്റ്റൺ-ക്രോമിയം-ഇരുമ്പ് അലോയ് എന്നിവയുടെ ഉപ-സ്കെയിൽ ബാലിസ്റ്റിക് ടെസ്റ്റുകളും നടത്തി.

"നിങ്ങൾക്ക് നാനോ സ്ട്രക്ചർ അല്ലെങ്കിൽ രൂപരഹിതമായ ബൾക്ക് ടങ്സ്റ്റൺ (അലോയ്) നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, അത് ശരിക്കും അനുയോജ്യമായ ഒരു ബാലിസ്റ്റിക് മെറ്റീരിയൽ ആയിരിക്കണം," കോർഡെറോ പറയുന്നു. എൻജെയിലെ ബ്രിഡ്ജ് വാട്ടർ സ്വദേശിയായ കോർഡെറോയ്ക്ക് 2012-ൽ എയർഫോഴ്‌സ് ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻ്റിഫിക് റിസർച്ച് വഴി നാഷണൽ ഡിഫൻസ് സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് (എൻഡിഎസ്ഇജി) ഫെല്ലോഷിപ്പ് ലഭിച്ചു. യുഎസ് ഡിഫൻസ് ത്രെറ്റ് റിഡക്ഷൻ ഏജൻസിയാണ് അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ ഗവേഷണത്തിന് ധനസഹായം നൽകുന്നത്.

അൾട്രാഫൈൻ ധാന്യ ഘടന

"ഞാൻ എൻ്റെ മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കുന്ന രീതി പൊടി സംസ്കരണത്തിലൂടെയാണ്, അവിടെ ആദ്യം ഞങ്ങൾ നാനോക്രിസ്റ്റലിൻ പൊടി ഉണ്ടാക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഞങ്ങൾ അതിനെ ഒരു ബൾക്ക് ഒബ്ജക്റ്റാക്കി മാറ്റുന്നു. എന്നാൽ വെല്ലുവിളി, ഏകീകരണത്തിന് ഉയർന്ന താപനിലയിലേക്ക് മെറ്റീരിയലിനെ തുറന്നുകാട്ടേണ്ടതുണ്ട്, ”കോർഡെറോ പറയുന്നു. ലോഹസങ്കരങ്ങളെ ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ ചൂടാക്കുന്നത് ലോഹത്തിനുള്ളിലെ ധാന്യങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ വ്യക്തിഗത ക്രിസ്റ്റലിൻ ഡൊമെയ്‌നുകൾ വലുതാക്കാൻ ഇടയാക്കും, ഇത് അവയെ ദുർബലമാക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ സ്ഥിരീകരിച്ച W-7Cr-9Fe കോംപാക്ടിൽ ഏകദേശം 130 നാനോമീറ്റർ അൾട്രാഫൈൻ ഗ്രെയിൻ ഘടന കൈവരിക്കാൻ കോർഡെറോയ്ക്ക് കഴിഞ്ഞു. “ഈ പൊടി സംസ്കരണ റൂട്ട് ഉപയോഗിച്ച്, നമുക്ക് 2 സെൻ്റീമീറ്റർ വരെ വ്യാസമുള്ള വലിയ സാമ്പിളുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും, അല്ലെങ്കിൽ 4 GPa (ഗിഗാപാസ്കൽസ്) ഡൈനാമിക് കംപ്രസ്സീവ് ശക്തിയോടെ നമുക്ക് വലുതായി പോകാം. സ്കെയിലബിൾ പ്രോസസ് ഉപയോഗിച്ച് നമുക്ക് ഈ മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും എന്നത് കൂടുതൽ ശ്രദ്ധേയമാണ്, ”കോർഡെറോ പറയുന്നു.

“നമ്മൾ ഒരു ഗ്രൂപ്പായി ചെയ്യാൻ ശ്രമിക്കുന്നത് മികച്ച നാനോ സ്ട്രക്ചറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ബൾക്ക് വസ്‌തുക്കൾ നിർമ്മിക്കുക എന്നതാണ്. ഞങ്ങൾ അത് ആഗ്രഹിക്കുന്നതിൻ്റെ കാരണം, ഈ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് വളരെ രസകരമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, അത് പല ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും ഉപയോഗപ്രദമാണ്, ”കോർഡെറോ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നു.

പ്രകൃതിയിൽ കാണുന്നില്ല

ഒരു ആക്റ്റ മെറ്റീരിയൽ ജേണൽ പേപ്പറിൽ നാനോ സ്കെയിൽ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറുകളുള്ള ലോഹ അലോയ് പൊടികളുടെ ശക്തിയും കോർഡെറോ പരിശോധിച്ചു. കോർഡെറോ, മുതിർന്ന എഴുത്തുകാരനായ ഷുഹിനൊപ്പം, കംപ്യൂട്ടേഷണൽ സിമുലേഷനുകളും ലബോറട്ടറി പരീക്ഷണങ്ങളും ഉപയോഗിച്ചു, സമാനമായ പ്രാരംഭ ശക്തികളുള്ള ടങ്സ്റ്റൺ, ക്രോമിയം തുടങ്ങിയ ലോഹങ്ങളുടെ അലോയ്കൾ ഏകതാനമാക്കാനും ശക്തമായ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നം ഉത്പാദിപ്പിക്കാനും പ്രവണത കാണിക്കുന്നു, അതേസമയം വലിയ പ്രാരംഭ ശക്തിയുള്ള ലോഹങ്ങളുടെ സംയോജനം സമാനതകളില്ലാത്ത ടങ്സ്റ്റണും സിർക്കോണിയവും ഒന്നിലധികം ഘട്ടങ്ങളുള്ള ഒരു ദുർബലമായ അലോയ് ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു.

“ഉയർന്ന ഊർജമുള്ള ബോൾ മില്ലിംഗ് പ്രക്രിയ ഒരു വലിയ കുടുംബ പ്രക്രിയയുടെ ഒരു ഉദാഹരണമാണ്, അതിൽ നിങ്ങൾ അതിൻ്റെ സൂക്ഷ്മഘടനയെ വിചിത്രമായ ഒരു സന്തുലിതാവസ്ഥയിലേക്ക് നയിക്കുന്നതിന് വികലമാക്കുന്നു. പുറത്തുവരുന്ന മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ പ്രവചിക്കാൻ ശരിക്കും ഒരു നല്ല ചട്ടക്കൂട് ഇല്ല, അതിനാൽ ഇത് പലപ്പോഴും ട്രയലും പിശകുമാണ്. ഒരു മെറ്റാസ്റ്റബിൾ സോളിഡ് സൊല്യൂഷൻ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന അലോയ്കൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിൽ നിന്ന് അനുഭവജ്ഞാനം നീക്കം ചെയ്യാൻ ഞങ്ങൾ ശ്രമിക്കുകയായിരുന്നു, ഇത് സന്തുലിതാവസ്ഥയില്ലാത്ത ഘട്ടത്തിൻ്റെ ഒരു ഉദാഹരണമാണ്, ”കോർഡെറോ വിശദീകരിക്കുന്നു.

“നിങ്ങൾ ഈ സന്തുലിതാവസ്ഥയില്ലാത്ത ഘട്ടങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, നിങ്ങൾക്ക് ചുറ്റുമുള്ള ലോകത്ത്, പ്രകൃതിയിൽ, ഈ തീവ്രമായ രൂപഭേദം വരുത്തുന്ന പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിങ്ങൾ സാധാരണയായി കാണാത്ത കാര്യങ്ങൾ,” അദ്ദേഹം പറയുന്നു. ഹൈ-എനർജി ബോൾ മില്ലിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ ലോഹപ്പൊടികളുടെ ആവർത്തിച്ചുള്ള ഷേറിംഗ് ഉൾപ്പെടുന്നു, മത്സരിക്കുമ്പോൾ അലോയിംഗ് മൂലകങ്ങളെ ഇൻ്റർമിക്സിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, താപ-സജീവമായ വീണ്ടെടുക്കൽ പ്രക്രിയകൾ അലോയ്യെ അതിൻ്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലേക്ക് തിരികെ കൊണ്ടുവരാൻ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് പല കേസുകളിലും ഘട്ടം ഘട്ടമായി വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നു. . "അതിനാൽ ഈ രണ്ട് പ്രക്രിയകൾക്കിടയിൽ ഈ മത്സരം ഉണ്ട്," കോർഡെറോ വിശദീകരിക്കുന്നു. ഒരു സോളിഡ് ലായനി രൂപപ്പെടുത്തുകയും പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ അതിനെ സാധൂകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു അലോയ്യിലെ രസതന്ത്രം പ്രവചിക്കുന്നതിനുള്ള ലളിതമായ ഒരു മാതൃക അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ പ്രബന്ധം നിർദ്ദേശിച്ചു. "ആളുകൾ കണ്ടിട്ടുള്ളതിൽ വെച്ച് ഏറ്റവും കാഠിന്യമേറിയ ലോഹങ്ങളിൽ ചിലതാണ് മിൽഡ് പൊടികൾ," കോർഡെറോ പറയുന്നു, ടങ്സ്റ്റൺ-ക്രോമിയം അലോയ്ക്ക് 21 ജിപിഎയുടെ നാനോഇൻഡൻ്റേഷൻ കാഠിന്യം ഉണ്ടെന്ന് പരിശോധനയിൽ കണ്ടെത്തി. അത് നാനോക്രിസ്റ്റലിൻ ഇരുമ്പ് അധിഷ്ഠിത ലോഹസങ്കരങ്ങളുടെ അല്ലെങ്കിൽ നാടൻ-ധാന്യമുള്ള ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ നാനോഇൻഡൻ്റേഷൻ കാഠിന്യത്തിൻ്റെ ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.

ലോഹശാസ്ത്രത്തിന് വഴക്കം ആവശ്യമാണ്

അദ്ദേഹം പഠിച്ച അൾട്രാഫൈൻ ഗ്രെയ്ൻ ടങ്സ്റ്റൺ-ക്രോമിയം-ഇരുമ്പ് അലോയ് കോംപാക്ടുകളിൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ബോൾ മില്ലിംഗ് സമയത്ത് സ്റ്റീൽ ഗ്രൈൻഡിംഗ് മീഡിയയുടെയും കുപ്പിയുടെയും ഉരച്ചിലിൽ നിന്നാണ് അലോയ്കൾ ഇരുമ്പ് എടുത്തത്. "പക്ഷേ, ഇത് ഒരു നല്ല കാര്യമാണെന്നും ഇത് മാറുന്നു, കാരണം ഇത് കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ സാന്ദ്രതയെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതായി തോന്നുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന താപനിലയിൽ നിങ്ങൾ ചെലവഴിക്കേണ്ട സമയം കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലെ മോശം മാറ്റങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം." കോർഡെറോ വിശദീകരിക്കുന്നു. “വലിയ കാര്യം വഴക്കമുള്ളതും ലോഹശാസ്ത്രത്തിലെ അവസരങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുന്നതുമാണ്.”

കോർഡെറോ 2010-ൽ എംഐടിയിൽ നിന്ന് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ബിരുദം നേടി, ലോറൻസ് ബെർക്ക്‌ലി നാഷണൽ ലാബിൽ ഒരു വർഷത്തോളം ജോലി ചെയ്തു. അവിടെ, രണ്ടാം ലോകമഹായുദ്ധസമയത്ത് മാൻഹട്ടൻ പ്രോജക്റ്റിനായി പ്ലൂട്ടോണിയം പിടിക്കാൻ പ്രത്യേക ക്രൂസിബിളുകൾ നിർമ്മിച്ച മുൻ തലമുറയിലെ മെറ്റലർജിസ്റ്റുകളിൽ നിന്ന് പഠിച്ച എഞ്ചിനീയറിംഗ് സ്റ്റാഫിൽ നിന്ന് അദ്ദേഹത്തിന് പ്രചോദനം ലഭിച്ചു. “അവർ ജോലി ചെയ്യുന്ന തരത്തിലുള്ള കാര്യങ്ങൾ കേട്ടപ്പോൾ എനിക്ക് വളരെ ആവേശവും ലോഹ സംസ്കരണത്തിൽ താൽപ്പര്യവും തോന്നി. ഇത് വളരെ രസകരമാണ്, ”കോർഡെറോ പറയുന്നു. മറ്റ് മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ഉപവിഭാഗങ്ങളിൽ അദ്ദേഹം പറയുന്നു, “നിങ്ങൾക്ക് 1,000 C താപനിലയിൽ ഒരു ചൂള തുറക്കാൻ കഴിയില്ല, ചുവന്ന ചൂടിൽ തിളങ്ങുന്ന ഒന്ന് കാണാം. നിങ്ങൾക്ക് ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ് സാധനങ്ങൾ ലഭിക്കില്ല. 2015-ൽ പിഎച്ച്ഡി പൂർത്തിയാക്കുമെന്ന് അദ്ദേഹം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ നിലവിലെ ജോലി ഘടനാപരമായ പ്രയോഗങ്ങളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, അവൻ ചെയ്യുന്ന പൊടി സംസ്കരണം കാന്തിക പദാർത്ഥങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്നു. “ധാരാളം വിവരങ്ങളും അറിവും മറ്റ് കാര്യങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും,” അദ്ദേഹം പറയുന്നു. "ഇത് പരമ്പരാഗത സ്ട്രക്ചറൽ മെറ്റലർജിയാണെങ്കിലും, നിങ്ങൾക്ക് ഈ പഴയ-സ്കൂൾ മെറ്റലർജി പുതിയ സ്കൂൾ മെറ്റീരിയലുകളിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും."