Esta imagem mostra o mapa de Difração de Retroespalhamento de Elétron (EBSD) e as figuras de pólo tomadas através da espessura da placa que mostra um tamanho de grão uniforme e um alinhamento preferencial geral suave dos eixos cristalográficos (conhecido como textura cristalográfica). Dentro do mapa EBSD, os grãos vermelhos contribuem para o componente de textura de fibra <100> e os grãos azuis contribuem para a textura de fibra <111>. Experimentos no Acta Materiala A publicação utilizou este material de boa pedigree para eliminar a variabilidade que poderia surgir do uso de diferentes lotes de material de tântalo. Crédito:Nathan Barton
Pesquisadores dos laboratórios nacionais Lawrence Livermore, Los Alamos e Sandia se uniram para entender melhor a força do tântalo, um importante material de desenvolvimento de plataforma na comunidade de três laboratórios.
O trabalho se baseia no entendimento de que o tântalo permanece em uma única fase sólida em toda a gama de condições examinadas. Isso inclui condições acessadas pelo National Ignition Facility em LLNL e pela máquina Z em Sandia. Embora o tântalo seja nominalmente simples, ele ainda exibe complexidade em como os processos em escala atômica no material manifestam uma variabilidade de força que abrange quase duas ordens de magnitude.
A pesquisa, apresentada na
Acta Materialia , focado em responder a duas perguntas:esses diversos experimentos fornecem uma imagem coerente de força? E, por meio da análise integrada de diversos experimentos, os pesquisadores podem avançar no entendimento teórico e na modelagem da força em condições extremas?
Os pesquisadores usaram dados de sete diferentes tipos de experimentos e compararam três modelos de força independentes para explorar a força com um novo grau de comparação cruzada em uma ampla gama de condições. Nesta configuração, a resistência refere-se à resistência do material à deformação permanente. Esse tipo de deformação permanente é frequentemente discutido em termos de deformação plástica. A velocidade de deformação do material – sua taxa – também foi explorada. A taxa é inversamente relacionada ao tempo de duração do experimento. Os experimentos que tiveram as durações mais curtas testaram as maiores taxas de deformação. Os experimentos NIF acessaram as condições mais extremas e os dados de força são coletados em apenas dezenas de nanossegundos nas fotos NIF.
Nathan Barton, líder do grupo de programas para física da matéria condensada no Programa de Física e Design de Armas do LLNL e coautor do trabalho, disse que o trabalho é consistente com as grandes missões científicas dos laboratórios da NNSA.
"O trabalho baseou-se criticamente na experiência no assunto de todos os laboratórios", disse Barton. "Precisávamos de experiência tanto na coleta de dados quanto nas técnicas de análise relevantes para todas as plataformas experimentais".
A montagem da equipe de três laboratórios surgiu de discussões técnicas lideradas por Bruce Remington no LLNL, Rusty Gray no LANL e Dawn Flicker de Sandia. Dana Dattelbaum, who oversees the relevant program area at LANL, described the level of tri-lab collaboration leading to this paper as unprecedented.
In traditional applications, researchers tend to think about the strength of a material as being relatively insensitive to pressure and rate. Looking at the extreme range of conditions accessed on experimental platforms in the NNSA enterprise, researchers see strength variations by nearly two orders of magnitude—from 0.15 gigapascal (GPa) to over 10 GPa. A gigapascal corresponds to roughly 10,000 atmospheres of pressure. As a useful point of comparison, a high-strength steel might have strength around 1 GPa at ambient conditions and conventional rates. So across the range of conditions studied, the tantalum went from being much softer to being about 10 times stronger than a high-strength steel under conventional conditions.
"The unique aspect is the level of understanding that we were able to gain by taking a unified look at data from such a range of experimental platforms," Barton explained. "The work outlined in the paper examines pressures from ambient to over 350 GPa, strain-rates from 10
−3
to 10
8
per second, and temperatures from 148 to 3,800 Kelvin."
The integrated approach helped researchers isolate pressure and rate effects. "While it is gratifying that we could adjust models that are in common use to capture the observations, it is clear that we have more work to do to fully understand and predict material response over such a dramatic range of conditions," Barton said.
The tri-lab activity outlined in the paper is ongoing and continues to be a valuable vehicle for coordinating the evaluation of experimental data from a variety of experimental platforms, including flagship DOE facilities such as the NIF at LLNL, the Z machine at SANDIA and the Dynamic Compression Sector at the Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory. The tri-lab team has shifted emphasis to examine the strength of materials that undergo phase transformations, and a level 2 milestone in this area was just completed successfully. Several presentations at an American Physical Society conference this summer will feature aspects of this more recent work, and there will be additional publications from the tri-lab team.
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