Esta imagen muestra el mapa de difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) y las figuras polares tomadas a través del espesor de la placa que muestra un tamaño de grano uniforme y una alineación preferencial leve general de los ejes cristalográficos (conocida como textura cristalográfica). Dentro del mapa EBSD, los granos rojos contribuyen al componente de textura de fibra <100> y los granos azules contribuyen a la textura de fibra <111>. Experimentos en el Acta Materiala La publicación utilizó este material con un buen pedigrí para eliminar la variabilidad que podría surgir del uso de diferentes lotes de material de tantalio. Crédito:Nathan Barton
Investigadores de los laboratorios nacionales Lawrence Livermore, Los Alamos y Sandia se han unido para comprender mejor la fuerza del tantalio, un material importante para el desarrollo de plataformas en la comunidad de tres laboratorios.
El trabajo se basa en la comprensión de que el tantalio permanece en una sola fase sólida en toda la gama de condiciones examinadas. Esto incluye las condiciones a las que accede la Instalación Nacional de Ignición en LLNL y la máquina Z en Sandia. Si bien el tantalio es nominalmente simple, aún exhibe complejidad en la forma en que los procesos a escala atómica en el material manifiestan una variabilidad de resistencia que abarca casi dos órdenes de magnitud.
La investigación, que aparece en Acta Materialia , centrado en responder a dos preguntas:¿estos diversos experimentos proporcionan una imagen coherente de la fuerza? Y, mediante el análisis integrado de diversos experimentos, ¿pueden los investigadores avanzar en la comprensión teórica y el modelado de la fuerza en condiciones extremas?
Los investigadores utilizaron datos de siete tipos distintos de experimentos y compararon tres modelos de fuerza independientes para explorar la fuerza con un nuevo grado de comparación cruzada en una amplia gama de condiciones. En este contexto, la fuerza se refiere a la resistencia del material a la deformación permanente. Ese tipo de deformación permanente a menudo se analiza en términos de deformación plástica. También se exploró la velocidad de deformación del material, su velocidad. La tasa está inversamente relacionada con el tiempo de duración del experimento. Los experimentos que tuvieron las duraciones más cortas probaron las velocidades de deformación más altas. Los experimentos NIF accedieron a las condiciones más extremas y los datos de fuerza se recopilan en solo decenas de nanosegundos en las tomas NIF.
Nathan Barton, líder del grupo del programa de física de la materia condensada dentro del Programa de Diseño y Física de Armas en LLNL y coautor del trabajo, dijo que el trabajo es consistente con las grandes misiones científicas de los laboratorios de la NNSA.
"El trabajo se basó críticamente en la experiencia en la materia de todos los laboratorios", dijo Barton. "We needed expertise in both the data collection and the relevant analysis techniques for all of the experimental platforms."
The assembly of the tri-lab team grew out of technical discussions led by Bruce Remington at LLNL, Rusty Gray at LANL and Dawn Flicker from 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. Research highlights techniques for studying materials under extreme conditions
