Cette image montre la carte de diffraction de rétrodiffusion d'électrons (EBSD) et les figures de pôle prises à travers l'épaisseur de la plaque qui montre une taille de grain uniforme et un alignement préférentiel global doux des axes cristallographiques (appelé texture cristallographique). Dans la carte EBSD, les grains rouges contribuent à la composante de texture fibreuse <100> et les grains bleus contribuent à la texture fibreuse <111>. Expériences dans les Acta Materiala La publication a utilisé ce matériau bien généalogique pour éliminer la variabilité qui pourrait résulter de l'utilisation de différents lots de matériau en tantale. Crédit :Nathan Barton
Des chercheurs des laboratoires nationaux Lawrence Livermore, Los Alamos et Sandia se sont associés pour mieux comprendre la force du tantale, un important matériau de développement de plate-forme dans la communauté des trois laboratoires.
Le travail s'appuie sur la compréhension que le tantale reste dans une seule phase solide dans toute la gamme des conditions examinées. Cela inclut les conditions accessibles par le National Ignition Facility à LLNL et la machine Z à Sandia. Bien que le tantale soit théoriquement simple, il présente toujours une complexité dans la façon dont les processus à l'échelle atomique dans le matériau manifestent une variabilité de résistance qui s'étend sur près de deux ordres de grandeur.
La recherche, qui est présentée dans Acta Materialia , axé sur la réponse à deux questions :ces diverses expérimentations donnent-elles une image cohérente de la force ? Et, grâce à l'analyse intégrée de diverses expériences, les chercheurs peuvent-ils faire progresser la compréhension théorique et la modélisation de la résistance dans des conditions extrêmes ?
Les chercheurs ont utilisé les données de sept types d'expériences différents et ont comparé trois modèles de force indépendants pour explorer la force avec un nouveau degré de comparaison croisée sur un large éventail de conditions. Dans ce cadre, la résistance fait référence à la résistance du matériau à la déformation permanente. Ce type de déformation permanente est souvent discuté en termes de déformation plastique. La vitesse de déformation du matériau - sa vitesse - a également été explorée. Le taux est inversement proportionnel à la durée de l'expérience. Les expériences qui avaient les durées les plus courtes ont sondé les taux de déformation les plus élevés. Les expériences NIF ont accédé aux conditions les plus extrêmes, et les données de force sont collectées sur seulement des dizaines de nanosecondes dans les prises de vue NIF.
Nathan Barton, responsable du groupe de programme pour la physique de la matière condensée au sein du programme de physique et de conception des armes au LLNL et co-auteur du travail, a déclaré que le travail est cohérent avec les grandes missions scientifiques des laboratoires NNSA.
"Le travail s'est appuyé de manière critique sur l'expertise en la matière de tous les laboratoires", a déclaré 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
