MIT-ийн Schuh группт шинээр боловсруулж буй гянтболдын хайлш нь хуяг цоолох пуужин дахь шавхагдсан ураныг орлох боломжтой. Материал судлал, инженерийн 4-р курсын төгсөх курсын оюутан Захари С.Кордоро нь барилгын цэргийн хэрэглээнд шавхагдсан ураныг орлуулах хоруу чанар багатай, өндөр бат бэх, өндөр нягтралтай материал дээр ажиллаж байна. Хоосон уран нь цэрэг, энгийн иргэдийн эрүүл мэндэд аюул учруулж байна. "Энэ бол үүнийг солихыг оролдох сэдэл юм" гэж Кордеро хэлэв.

Ердийн гянт болд нь мөөгөнцөр шиг болдог эсвэл цохих үед бүдгэрдэг нь хамгийн муу үзүүлэлт юм. Тиймээс шавхагдсан ураны гүйцэтгэлтэй тэнцэх хайлш бүтээх нь тулгамдсан асуудал бөгөөд материалыг таслах явцад өөрөө хурцалж, нэвтрэгч-байлтын зааг дээр хурц хамартай байдаг. "Гянт болд нь өөрөө маш хүчтэй бөгөөд хатуу байдаг. Бид үүнийг бүтээхийн тулд бусад хайлшийн элементүүдийг оруулсан бөгөөд ингэснээр бид үүнийг их хэмжээний объект болгон нэгтгэх боломжтой" гэж Кордеро хэлэв.

Хром, төмөр (W-7Cr-9Fe) бүхий вольфрамын хайлш нь арилжааны гянт болдын хайлшаас хамаагүй хүчтэй байсан гэж Кордеро ахлах зохиолч, Материалын шинжлэх ухаан, инженерийн тэнхимийн дарга Кристофер А. Шух болон түүний хамтран ажиллагсадтай Metallurgical and Materials сэтгүүлд бичсэн нийтлэлдээ дурджээ. Ажил гүйлгээ A. Металл нунтагыг хээрийн тусламжтай агломерын халуун шахуургаар нягтруулж, сайжруулсан. Цельсийн 1200 градусын температурт 1 минутын боловсруулалтын хугацаанд олж авсан нарийн ширхэгтэй бүтэц, хамгийн өндөр хатуулгаар хэмжигддэг хамгийн сайн үр дүн. Боловсруулалтын хугацаа уртасч, өндөр температур нь бүдүүн ширхэгтэй, механик үзүүлэлт сулрахад хүргэсэн. Хамтран зохиогчид нь MIT-ийн инженер, материалын шинжлэх ухааны магистрант Мансу Парк, Оак Рижийн докторын зэрэг хамгаалсан Эмили Л. Хускинс, Бойсе мужийн дэд профессор Меган Фрэри, аспирант Стивен Ливерс, Армийн судалгааны лабораторийн механик инженер, багийн ахлагч Брайан Э.Шустер нар байв. Гянт болд-хром-төмрийн хайлшийн дэд хэмжээний баллистик туршилтыг мөн хийсэн.

"Хэрэв та нано бүтэцтэй эсвэл аморф их хэмжээний вольфрам (хайлш) хийж чадвал энэ нь үнэхээр хамгийн тохиромжтой баллистик материал байх ёстой" гэж Кордеро хэлэв. NJ, Бриджуотер хотын уугуул Кордеро нь 2012 онд Агаарын цэргийн хүчний Шинжлэх ухааны судалгааны албаар дамжуулан Үндэсний батлан ​​хамгаалахын шинжлэх ухаан, инженерчлэлийн (NDSEG) тэтгэлэгт хамрагдсан. Түүний судалгааг АНУ-ын Батлан ​​хамгаалахын аюулыг бууруулах агентлаг санхүүжүүлдэг.

Хэт нарийн ширхэгтэй бүтэц

“Би материалаа нунтаг боловсруулдаг бөгөөд эхлээд нанокристал нунтаг хийж, дараа нь бөөнөөр нь нэгтгэдэг. Гэхдээ нэг асуудал бол материалыг илүү өндөр температурт байлгахыг шаарддаг" гэж Кордеро хэлэв. Хайлшийг өндөр температурт халаах нь металлын доторх ширхэгүүд эсвэл бие даасан талст домайнуудыг томруулж, улмаар тэдгээрийг сулруулдаг. Кордеро W-7Cr-9Fe компакт дээр 130 нанометрийн хэт нарийн ширхэгтэй бүтэцтэй болж чадсан нь электрон микрографаар батлагдсан. “Энэхүү нунтаг боловсруулах замыг ашигласнаар бид 4 ГПа (гигапаскаль) шахалтын динамик хүч бүхий 2 см хүртэл диаметртэй том дээж гаргаж авах боломжтой. Бид эдгээр материалыг өргөтгөх боломжтой процесс ашиглан хийж чадна гэдэг нь бүр ч гайхалтай байж магадгүй" гэж Кордеро хэлэв.

“Бүлэг болгон бидний хийх гэж байгаа зүйл бол нарийн нано бүтэцтэй бөөнөөр зүйл хийх явдал юм. Бидний үүнийг хүсч байгаа шалтгаан нь эдгээр материалууд нь олон төрлийн хэрэглээнд ашиглагдах боломжтой маш сонирхолтой шинж чанартай байдаг" гэж Кордеро нэмж хэлэв.

Байгальд олддоггүй

Кордеро мөн Acta Materialia сэтгүүлийн цаасан дээр нано хэмжээний бичил бүтэцтэй металл хайлшийн нунтагуудын бат бөх чанарыг судалжээ. Кордеро, ахлах зохиолч Шухтай хамтран анхны хүч чадал нь ижил төстэй гянт болд, хром зэрэг металлын хайлш нь нэгэн төрлийн болж, илүү бат бөх эцсийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх хандлагатай байдаг бол анхны бат бэх нь их хэмжээний металлын хослолууд нь ийм төрлийн таарахгүй байгааг харуулахын тулд тооцооллын загварчлал болон лабораторийн туршилтуудыг ашигласан. Учир нь вольфрам ба циркони нь нэгээс олон фаз бүхий илүү сул хайлш үүсгэх хандлагатай байв.

“Өндөр энерги бүхий бөмбөлөг тээрэмдэх үйл явц нь материалын бичил бүтцийг хачин тэнцвэргүй байдалд оруулахын тулд түүнийг гажуудуулдаг томоохон үйл явцын нэг жишээ юм. Гарч буй бичил бүтцийг урьдчилан таамаглах сайн хүрээ байдаггүй тул ихэнхдээ туршилт, алдаа байдаг. Бид тэнцвэрт бус үе шатын нэг жишээ болох метастабил хатуу уусмал үүсгэх хайлшийг зохион бүтээхдээ эмпиризмийг арилгахыг хичээж байсан" гэж Кордеро тайлбарлав.

"Та эдгээр тэнцвэрт бус үе шатуудыг, таны эргэн тойрон дахь ертөнцөд, байгальд ердийн үед олж хардаггүй зүйлсийг бий болгож, эдгээр туйлын хэв гажилтын процессуудыг ашиглан үйлдвэрлэдэг" гэж тэр хэлэв. Өндөр энергитэй бөөрөнхий тээрэмдэх үйл явц нь хайлшийн элементүүдийг хоорондоо холилдуулахын тулд хайлшийн элементүүдийг хайчлах замаар металл нунтагыг олон удаа хяргахыг хамардаг бөгөөд дулаанаар идэвхжсэн нөхөн сэргээх процесс нь хайлшийг тэнцвэрт байдалдаа буцаах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ихэнх тохиолдолд фазаар хуваагддаг. . "Тиймээс энэ хоёр үйл явцын хооронд өрсөлдөөн бий" гэж Кордеро тайлбарлав. Түүний нийтлэлд хатуу уусмал үүсгэх өгөгдсөн хайлш дахь химийн бодисыг урьдчилан таамаглах энгийн загварыг санал болгож, туршилтаар баталгаажуулсан. "Тээрэмдсэн нунтаг бол хүмүүсийн харж байсан хамгийн хатуу металл юм" гэж Кордеро хэлээд вольфрам-хромын хайлш нь 21 ГПа наноинтентын хатуулагтай болохыг туршилтаар харуулав. Энэ нь тэдгээрийг нанокристалл төмрийн хайлш эсвэл том ширхэгтэй вольфрамаас хоёр дахин их хатуулаг болгодог.

Металлурги нь уян хатан байдлыг шаарддаг

Түүний судалсан хэт нарийн ширхэгтэй гянт болд-хром-төмрийн хайлшийн нягтаршилд хайлш нь өндөр энергитэй бөмбөлөг тээрэмдэх үед ган нунтаглах хэрэгсэл, хуруу шилний элэгдэлд орсон төмрийг авдаг. "Гэхдээ энэ нь бас сайн зүйл байж болох юм, учир нь энэ нь бага температурт нягтралыг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь бичил бүтцэд муу өөрчлөлтөд хүргэж болзошгүй өндөр температурт зарцуулах хугацааг багасгадаг." Кордеро тайлбарлав. "Хамгийн том зүйл бол уян хатан байж, металлургийн салбарт боломжуудыг таньж мэдэх явдал юм."

Металлыг жинлэхэд ашигладаг завинд тээрэмдсэн вольфрам-хромын төмрийн металл нунтагуудын хажууд нягтруулсан металл хайлшны үрэл байрладаг. Ган бөмбөлөгүүд нь өндөр энергитэй бөмбөлөгт тээрэмд металлыг деформацид ашигладаг. Зээл: Денис Паисте/Материал боловсруулах төв
Кордеро 2010 онд MIT-ийг физикийн чиглэлээр бакалаврын зэрэгтэй төгсөж, Лоуренс Берклигийн үндэсний лабораторид нэг жил ажилласан. Тэнд тэрээр дэлхийн 2-р дайны үед Манхэттэний төсөлд плутони хадгалах тусгай тигль хийж байсныг өмнөх үеийн төмөрлөгчдөөс сурсан инженерийн ажилтнуудаас урам зориг авчээ. “Тэдний ажиллаж байгааг сонсоод миний сэтгэл маш их хөдөлж, металл боловсруулах сонирхолтой болсон. Энэ нь бас маш хөгжилтэй юм" гэж Кордеро хэлэв. Материал судлалын бусад салбаруудад тэрээр “1000С-т зуух онгойлгоход ямар нэгэн зүйл улаанаар асч байгааг харах боломжгүй. Чи юмыг дулаанаар боловсруулах боломжгүй." Тэрээр 2015 онд докторын зэрэг хамгаална гэж бодож байна.

Хэдийгээр түүний одоогийн ажил нь бүтцийн хэрэглээнд чиглэж байгаа ч түүний хийж буй нунтаг боловсруулалтыг соронзон материал хийхэд ашигладаг. "Их мэдээлэл, мэдлэгийг бусад зүйлд ашиглаж болно" гэж тэр хэлэв. "Хэдийгээр энэ нь уламжлалт бүтцийн металлурги боловч та хуучин сургуулийн төмөрлөгийг шинэ сургуулийн материалд ашиглаж болно."