MITలో షుహ్ గ్రూప్‌లో అభివృద్ధి చేయబడుతున్న కొత్త టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమాలు కవచం-కుట్లు ప్రక్షేపకాలలో క్షీణించిన యురేనియంను భర్తీ చేయగలవు. నాల్గవ-సంవత్సరం మెటీరియల్ సైన్స్ మరియు ఇంజనీరింగ్ గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి జాచరీ సి. కార్డెరో నిర్మాణాత్మక సైనిక అనువర్తనాల్లో క్షీణించిన యురేనియం స్థానంలో తక్కువ-టాక్సిసిటీ, అధిక-శక్తి, అధిక సాంద్రత కలిగిన మెటీరియల్‌పై పని చేస్తున్నారు. క్షీణించిన యురేనియం సైనికులు మరియు పౌరులకు ఆరోగ్య ప్రమాదాన్ని కలిగిస్తుంది. "దానిని భర్తీ చేయడానికి ఇది ప్రేరణ" అని కోర్డెరో చెప్పారు.

సాధారణ టంగ్‌స్టన్ పుట్టగొడుగుల్లా లేదా ప్రభావంతో మొద్దుబారిపోతుంది, ఇది సాధ్యమయ్యే చెత్త పనితీరు. కాబట్టి క్షీణించిన యురేనియం పనితీరుకు సరిపోయే మిశ్రమాన్ని అభివృద్ధి చేయడం సవాలు, ఇది పదార్థాన్ని కత్తిరించడం మరియు పెనెట్రేటర్-టార్గెట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లో పదునైన ముక్కును నిర్వహించడం వలన స్వీయ-పదునుగా మారుతుంది. “టంగ్‌స్టన్ అనూహ్యంగా బలంగా మరియు కఠినంగా ఉంటుంది. మేము దానిని తయారు చేయడానికి ఇతర మిశ్రమ మూలకాలను ఉంచాము, తద్వారా మేము దానిని ఈ బల్క్ ఆబ్జెక్ట్‌గా ఏకీకృతం చేయవచ్చు, ”అని కోర్డెరో చెప్పారు.

క్రోమియం మరియు ఇనుముతో కూడిన టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమం (W-7Cr-9Fe) వాణిజ్య టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమాల కంటే చాలా బలంగా ఉందని కార్డెరో సీనియర్ రచయిత మరియు డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజినీరింగ్ హెడ్ క్రిస్టోఫర్ ఎ. షుహ్ మరియు మెటలర్జికల్ అండ్ మెటీరియల్స్ జర్నల్‌లోని సహచరులతో ఒక పేపర్‌లో నివేదించారు. లావాదేవీలు A. లోహపు పొడులను కుదించడం ద్వారా అభివృద్ధి సాధించబడింది a ఫీల్డ్-అసిస్టెడ్ సింటరింగ్ హాట్ ప్రెస్, ఉత్తమ ఫలితంతో, ఫైన్ గ్రెయిన్ స్ట్రక్చర్ మరియు అత్యధిక కాఠిన్యం ద్వారా కొలుస్తారు, 1 నిమిషం ప్రాసెసింగ్ సమయంలో 1,200 డిగ్రీల సెల్సియస్ వద్ద సాధించవచ్చు. ఎక్కువ ప్రాసెసింగ్ సమయాలు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలు ముతక ధాన్యాలు మరియు బలహీనమైన యాంత్రిక పనితీరుకు దారితీశాయి. సహ రచయితలలో MIT ఇంజనీరింగ్ మరియు మెటీరియల్ సైన్స్ గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి మన్సూ పార్క్, ఓక్ రిడ్జ్ పోస్ట్‌డాక్టోరల్ ఫెలో ఎమిలీ L. హుస్కిన్స్, బోయిస్ స్టేట్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ మేగాన్ ఫ్రేరీ మరియు గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి స్టీవెన్ లివర్స్ మరియు ఆర్మీ రీసెర్చ్ లాబొరేటరీ మెకానికల్ ఇంజనీర్ మరియు టీమ్ లీడర్ బ్రియాన్ E. షుస్టర్ ఉన్నారు. టంగ్‌స్టన్-క్రోమియం-ఇనుప మిశ్రమం యొక్క ఉప-స్థాయి బాలిస్టిక్ పరీక్షలు కూడా నిర్వహించబడ్డాయి.

"మీరు నానోస్ట్రక్చర్డ్ లేదా నిరాకార బల్క్ టంగ్స్టన్ (మిశ్రమం) తయారు చేయగలిగితే, అది నిజంగా ఆదర్శవంతమైన బాలిస్టిక్ మెటీరియల్ అయి ఉండాలి" అని కోర్డెరో చెప్పారు. బ్రిడ్జ్‌వాటర్, NJకి చెందిన కోర్డెరో, ​​వైమానిక దళం ఆఫీస్ ఆఫ్ సైంటిఫిక్ రీసెర్చ్ ద్వారా 2012లో నేషనల్ డిఫెన్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజినీరింగ్ (NDSEG) ఫెలోషిప్‌ను పొందారు. అతని పరిశోధనకు US డిఫెన్స్ థ్రెట్ రిడక్షన్ ఏజెన్సీ నిధులు సమకూరుస్తుంది.

అల్ట్రాఫైన్ ధాన్యం నిర్మాణం

“నేను నా మెటీరియల్‌లను తయారుచేసే విధానం పౌడర్ ప్రాసెసింగ్‌తో ఉంటుంది, ఇక్కడ మేము మొదట నానోక్రిస్టలైన్ పౌడర్‌ని తయారు చేస్తాము మరియు దానిని బల్క్ ఆబ్జెక్ట్‌గా ఏకీకృతం చేస్తాము. కానీ సవాలు ఏమిటంటే, ఏకీకరణకు పదార్థాన్ని అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు బహిర్గతం చేయడం అవసరం" అని కోర్డెరో చెప్పారు. మిశ్రమాలను అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు వేడి చేయడం వలన లోహంలోని ధాన్యాలు లేదా వ్యక్తిగత స్ఫటికాకార డొమైన్‌లు విస్తరించవచ్చు, ఇది వాటిని బలహీనపరుస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోగ్రాఫ్‌ల ద్వారా ధృవీకరించబడిన W-7Cr-9Fe కాంపాక్ట్‌లో కార్డెరో సుమారు 130 నానోమీటర్ల అల్ట్రాఫైన్ గ్రెయిన్ నిర్మాణాన్ని సాధించగలిగింది. “ఈ పౌడర్ ప్రాసెసింగ్ మార్గాన్ని ఉపయోగించి, మేము 2 సెంటీమీటర్ల వరకు వ్యాసం కలిగిన పెద్ద నమూనాలను తయారు చేయవచ్చు లేదా 4 GPa (గిగాపాస్కల్స్) యొక్క డైనమిక్ కంప్రెసివ్ బలాలతో పెద్దదిగా మారవచ్చు. స్కేలబుల్ ప్రక్రియను ఉపయోగించి మేము ఈ పదార్థాలను తయారు చేయగలము అనే వాస్తవం మరింత ఆకట్టుకుంటుంది" అని కోర్డెరో చెప్పారు.

“మేము ఒక సమూహంగా చేయడానికి ప్రయత్నిస్తున్నది చక్కటి నానోస్ట్రక్చర్‌లతో భారీ వస్తువులను తయారు చేయడం. మేము అలా కోరుకునే కారణం ఏమిటంటే, ఈ పదార్థాలు చాలా ఆసక్తికరమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి అనేక అనువర్తనాల్లో సంభావ్య ఉపయోగం కలిగి ఉంటాయి, ”అని కోర్డెరో జతచేస్తుంది.

ప్రకృతిలో కనిపించదు

కార్డెరో ఆక్టా మెటీరియాలియా జర్నల్ పేపర్‌లో నానోస్కేల్ మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లతో మెటల్ అల్లాయ్ పౌడర్‌ల బలాన్ని కూడా పరిశీలించారు. కార్డెరో, ​​సీనియర్ రచయిత షుహ్‌తో, గణన అనుకరణలు మరియు ప్రయోగశాల ప్రయోగాలు రెండింటినీ ఉపయోగించారు, అదే ప్రారంభ బలాలు కలిగిన టంగ్‌స్టన్ మరియు క్రోమియం వంటి లోహాల మిశ్రమాలు సజాతీయత మరియు బలమైన తుది ఉత్పత్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి, అయితే పెద్ద ప్రారంభ బలం కలిగిన లోహాల కలయికలు సరిపోలలేదు. టంగ్‌స్టన్ మరియు జిర్కోనియం ఒకటి కంటే ఎక్కువ దశలతో బలహీనమైన మిశ్రమాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి మొగ్గు చూపాయి.

"హై-ఎనర్జీ బాల్ మిల్లింగ్ ప్రక్రియ అనేది ఒక పెద్ద కుటుంబ ప్రక్రియలకు ఒక ఉదాహరణ, దీనిలో మీరు దాని సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని విచిత్రమైన సమతౌల్య స్థితికి మార్చడానికి మెటీరియల్ నుండి హెక్ అవుట్ చేస్తారు. బయటకు వచ్చే మైక్రోస్ట్రక్చర్‌ను అంచనా వేయడానికి నిజంగా మంచి ఫ్రేమ్‌వర్క్ లేదు, కాబట్టి చాలా సార్లు ఇది ట్రయల్ మరియు ఎర్రర్. మెటాస్టేబుల్ సాలిడ్ సొల్యూషన్‌ను ఏర్పరుచుకునే మిశ్రమాల రూపకల్పన నుండి అనుభవవాదాన్ని తొలగించడానికి మేము ప్రయత్నిస్తున్నాము, ఇది సమతౌల్య దశకు ఒక ఉదాహరణ" అని కార్డెరో వివరించాడు.

"మీరు ఈ అసమతుల్యత లేని దశలను ఉత్పత్తి చేస్తారు, మీ చుట్టూ ఉన్న ప్రపంచంలో మీరు సాధారణంగా చూడని విషయాలు, ప్రకృతిలో, ఈ తీవ్రమైన వైకల్య ప్రక్రియలను ఉపయోగించి," అని ఆయన చెప్పారు. హై-ఎనర్జీ బాల్ మిల్లింగ్ ప్రక్రియలో లోహపు పొడులను పదేపదే కత్తిరించడం జరుగుతుంది. . "కాబట్టి ఈ రెండు ప్రక్రియల మధ్య ఈ పోటీ ఉంది" అని కోర్డెరో వివరించాడు. ఇచ్చిన మిశ్రమంలో రసాయనాలను అంచనా వేయడానికి అతని కాగితం ఒక సాధారణ నమూనాను ప్రతిపాదించింది, అది ఘనమైన పరిష్కారాన్ని ఏర్పరుస్తుంది మరియు దానిని ప్రయోగాలతో ధృవీకరించింది. "అస్-మిల్డ్ పౌడర్‌లు ప్రజలు చూసిన కొన్ని కష్టతరమైన లోహాలు," అని కార్డెరో చెప్పారు, టంగ్‌స్టన్-క్రోమియం మిశ్రమం 21 GPa నానోఇండెంటేషన్ కాఠిన్యాన్ని కలిగి ఉందని పరీక్షలు చూపించాయి. ఇది నానోక్రిస్టలైన్ ఇనుము-ఆధారిత మిశ్రమాలు లేదా ముతక-కణిత టంగ్‌స్టన్ యొక్క నానోఇండెంటేషన్ కాఠిన్యాన్ని రెట్టింపు చేస్తుంది.

మెటలర్జీకి వశ్యత అవసరం

అతను అధ్యయనం చేసిన అల్ట్రాఫైన్ గ్రెయిన్ టంగ్‌స్టన్-క్రోమియం-ఐరన్ అల్లాయ్ కాంపాక్ట్‌లలో, మిశ్రమాలు అధిక-శక్తి బాల్ మిల్లింగ్ సమయంలో ఉక్కు గ్రౌండింగ్ మీడియా మరియు సీసా యొక్క రాపిడి నుండి ఇనుమును తీసుకున్నాయి. "కానీ అది కూడా ఒక రకమైన మంచి విషయం అని తేలింది, ఎందుకంటే ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సాంద్రతను వేగవంతం చేస్తుంది, ఇది మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లో చెడు మార్పులకు దారితీసే అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మీరు గడపవలసిన సమయాన్ని తగ్గిస్తుంది" కోర్డెరో వివరిస్తుంది. "పెద్ద విషయం ఏమిటంటే అనువైనది మరియు మెటలర్జీలో అవకాశాలను గుర్తించడం."

లోహాలను తూకం వేయడానికి ఉపయోగించే పడవలో మిల్లింగ్ చేసిన టంగ్‌స్టన్-క్రోమియం ఐరన్ మెటల్ పౌడర్‌ల పక్కన ఒక కుదించబడిన లోహ మిశ్రమం గుళిక ఉంటుంది. ఉక్కు బంతులను అధిక-శక్తి బాల్ మిల్లులో లోహాలను వికృతీకరించడానికి ఉపయోగిస్తారు. క్రెడిట్: డెనిస్ పైస్టే/మెటీరియల్స్ ప్రాసెసింగ్ సెంటర్
కోర్డెరో 2010లో MIT నుండి ఫిజిక్స్‌లో బ్యాచిలర్‌తో పట్టభద్రుడయ్యాడు మరియు లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ ల్యాబ్‌లో ఒక సంవత్సరం పనిచేశాడు. అక్కడ, అతను రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం సమయంలో మాన్‌హట్టన్ ప్రాజెక్ట్ కోసం ప్లూటోనియం పట్టుకోవడానికి ప్రత్యేక క్రూసిబుల్‌లను తయారు చేసిన మునుపటి తరం మెటలర్జిస్ట్‌ల నుండి నేర్చుకున్న ఇంజనీరింగ్ సిబ్బంది నుండి ప్రేరణ పొందాడు. “వారు పని చేస్తున్న విషయాల గురించి వినడం నాకు చాలా ఉత్తేజాన్ని కలిగించింది మరియు లోహాల ప్రాసెసింగ్‌పై ఆసక్తిని కలిగించింది. ఇది చాలా సరదాగా ఉంటుంది" అని కోర్డెరో చెప్పారు. ఇతర మెటీరియల్ సైన్స్ సబ్-డిసిప్లైన్‌లలో, అతను ఇలా అంటాడు, “మీరు 1,000 C వద్ద ఫర్నేస్‌ను తెరవలేరు మరియు ఎరుపు వేడిగా మెరుస్తున్నదాన్ని చూడలేరు. మీరు వేడి-చికిత్స అంశాలను పొందలేరు. 2015లో తన పీహెచ్‌డీ పూర్తి చేయాలని భావిస్తున్నాడు.

అతని ప్రస్తుత పని నిర్మాణాత్మక అనువర్తనాలపై దృష్టి కేంద్రీకరించినప్పటికీ, అతను చేస్తున్న పౌడర్ ప్రాసెసింగ్ రకం కూడా అయస్కాంత పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. "చాలా సమాచారం మరియు జ్ఞానాన్ని ఇతర విషయాలకు అన్వయించవచ్చు," అని ఆయన చెప్పారు. "ఇది సాంప్రదాయ నిర్మాణ మెటలర్జీ అయినప్పటికీ, మీరు ఈ పాత-పాఠశాల మెటలర్జీని కొత్త-పాఠశాల పదార్థాలకు వర్తింపజేయవచ్చు."