টাইটানিয়ামের জন্য একটি নতুন সময় (1)

ধাতুগুলির মধ্যে, টাইটানিয়ামের শক্তি এবং হালকাতা, ক্ষয় প্রতিরোধের এবং চরম তাপমাত্রা সহ্য করার ক্ষমতা দীর্ঘকাল ধরে এর মূল্যকে আলাদা করেছে, বিশেষ করে ওজন- এবং পরিবেশ-সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য। 18 শতকের শেষের দিকে যখন এটি প্রথম বর্ণনা করা হয়েছিল, তখন একজন সহ-আবিষ্কারক টাইটানদের জন্য ধাতুর নামকরণ করেছিলেন - প্রাচীন গ্রীক পুরাণে পৃথিবী এবং আকাশের দেবতারা জন্মগ্রহণ করেছিলেন।

সময় শুধু টাইটানিয়ামের দীপ্তি পুড়িয়ে দিয়েছে। "আমি একজন পদার্থ বিজ্ঞানী, এবং তাই লোকেরা মাঝে মাঝে আমাকে জিজ্ঞেস করে, 'তোমার প্রিয় উপাদান কী?'" বলেছেন পদার্থ বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল বিভাগের অধ্যাপক অ্যান্ড্রু মাইনর৷ বিল্ডিং, বিমান, ক্ষেপণাস্ত্র, স্পেসশিপ এবং আরও অনেক কিছুর জন্য, তিনি বলেন, "আপনি যদি সর্বনিম্ন ওজনের জন্য সবচেয়ে শক্তিশালী উপাদান চান তবে এটি টাইটানিয়াম। আমরা যদি পারতাম, আমরা টাইটানিয়াম থেকে সবকিছু তৈরি করব।"

প্রকৃতপক্ষে, শিল্প ডিজাইনারদের জন্য, শক্তিশালী, হালকা ওজনের, উচ্চ জ্বালানী-দক্ষ গাড়ি, ট্রাক এবং বিমানের সম্ভাবনা, উদাহরণস্বরূপ, বা সুপার জারা-প্রতিরোধী কার্গো জাহাজ, টাইটানিয়াম অবশ্যই স্বপ্নের জিনিস হতে হবে।

সমস্যা? "এটি খুব ব্যয়বহুল," মাইনর ইন্ডাস্ট্রিয়াল-গ্রেড টাইটানিয়াম বা টাইটানিয়াম অ্যালয়েস সম্পর্কে বলেছেন যা অন্যথায় ইস্পাত প্রতিস্থাপন করতে পারে যখন শুধুমাত্র শক্তিশালী, সবচেয়ে টেকসই উপকরণ যথেষ্ট হবে। টাইটানিয়াম তৈরির খরচ স্টেইনলেস স্টিলের তুলনায় প্রায় ছয় গুণ বেশি। ফলস্বরূপ, এর ব্যবহারগুলি মহাকাশের বিশেষ অংশ, গহনা বা অন্যান্য বিশেষ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সীমাবদ্ধ রয়েছে।

আরো কি, বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের শুধুমাত্র মাঝারি শক্তি আছে, মাইনর ব্যাখ্যা করে। এটি অক্সিজেন, অ্যালুমিনিয়াম, মলিবডেনাম, ভ্যানাডিয়াম এবং জিরকোনিয়ামের মতো উপাদান দিয়ে শক্তিশালী করা যেতে পারে; যাইহোক, এটি প্রায়শই নমনীয়তার ব্যয়ে হয় - একটি ধাতুর ফ্র্যাকচার ছাড়াই আঁকা বা বিকৃত করার ক্ষমতা।

এখন, এক দশকের গবেষণার পর, টাইটানিয়ামের জন্য একটি নতুন যুগ, যার মধ্যে ব্যাপকভাবে প্রসারিত প্রকৌশল অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে, সম্ভবত এগিয়ে আসছে, মাইনর এবং তার বার্কলে সহকর্মীদের ধন্যবাদ, যার মধ্যে মার্ক আস্তা, ড্যারিল ক্রজান, এবং জেডব্লিউ মরিস জুনিয়র, এছাড়াও বিভাগের অধ্যাপকরা পদার্থ বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল. তারা বিভিন্ন স্ট্রাকচারাল বা ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য এর ব্যবহারিক ব্যবহার সম্প্রসারণের আশায় যে কোনও উপায়ে টাইটানিয়াম অনুসন্ধান এবং প্রসারিত করছে।

পরিবর্তে, বাণিজ্যিক-গ্রেড টাইটানিয়ামের অত্যধিক খরচ যা চালিত করে, মাইনর ব্যাখ্যা করে, জটিল ক্রোল প্রক্রিয়াটি প্রায়শই টাইটানিয়াম বার, ইনগট এবং অন্যান্য ধরণের ধাতু তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় যা ব্যবহারযোগ্য অংশ এবং অন্যান্য পণ্যগুলিতে তৈরি করা যেতে পারে। প্রক্রিয়াটির মধ্যে রয়েছে আর্গন গ্যাসের মতো ব্যয়বহুল উপকরণের ব্যবহার, এবং এটি শক্তি-নিবিড়, অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় একাধিক গলে যাওয়া প্রয়োজন, বিশেষ করে অক্সিজেন অমেধ্য নিয়ন্ত্রণ করতে।

প্রকৃতপক্ষে, টাইটানিয়াম এবং অক্সিজেনের মধ্যে একটি বিস্ময়কর সম্পর্ক রয়েছে, যা মাইনর, আস্তা, ক্রজান, মরিস এবং সহকর্মীরা আরও ভালভাবে বুঝতে চেয়েছিলেন। দলটি জানত যে একটি অক্সিজেন অশুদ্ধতা প্রায়শই টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের জন্য একটি শক্তিশালী শক্তিশালীকরণ প্রভাব ব্যবহার করতে ব্যবহৃত হয়। পারমাণবিক অক্সিজেনের পরিমাণে সামান্য বৃদ্ধির সাথে তৈরি টাইটানিয়াম শক্তিতে কয়েকগুণ বৃদ্ধি সহ একটি ধাতু হতে পারে।

দুর্ভাগ্যবশত, অক্সিজেন ধাতুর নমনীয়তা আরও বড় হ্রাস করতে পারে। এটি ভঙ্গুর হয়ে যায় এবং ভেঙ্গে যায় এবং ভেঙ্গে যায়।

কিন্তু "অক্সিজেন সর্বত্র রয়েছে," মাইনর অক্সিজেনের প্রতি টাইটানিয়ামের উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতার চারপাশে চালনা করার অসুবিধা সম্পর্কে বলেছেন। "এটি উত্স উপাদান থেকে আসা কিছু অপবিত্রতা নয় যা আপনি এড়াতে পারেন।"

তিনি অক্সিজেনের প্রতি টাইটানিয়ামের সংবেদনশীলতাকে চরম হিসেবে চিহ্নিত করেছেন। "এটি কতটা শক্তিশালী তা সত্যিই অদ্ভুত," মাইনর বলেছেন। এটি ধাতুর উপর প্রভাব ফেলে, ভাল এবং খারাপ উভয়ই, যেখানে একই পরিমাণ অক্সিজেনের উপস্থিতি অ্যালুমিনিয়াম এবং স্টিলের মতো ধাতুগুলির জন্য নগণ্য কারণ এটি প্রক্রিয়াকরণে আরও সহজে মোকাবেলা করা যেতে পারে।

আরও জানতে, দলটি চাপের মধ্যে এবং বিভিন্ন পরিমাণে অক্সিজেনের সাথে টাইটানিয়ামে বিকৃতি প্রক্রিয়ার মডেল করার জন্য উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিংয়ে পরিণত হয়েছিল। কম্পিউটার মডেল, আস্তা বলেছেন, "সরঞ্জামের একটি শক্তিশালী সেট যা আমাদের টাইটানিয়াম ধাতুবিদ্যায় এই অসামান্য চ্যালেঞ্জটি তদন্ত করতে দেয়।"

দলের প্রধান আবিষ্কারগুলির মধ্যে, টাইটানিয়ামের স্ফটিক কাঠামোতে অক্সিজেন পরমাণুর পরিবর্তন যখন ধাতব চাপের মধ্যে থাকে তখন নমনীয়তার ক্ষতি বোঝার মূল বিষয় হয়ে ওঠে। একটি অ-চাপযুক্ত অবস্থায়, অক্সিজেন অণুগুলি টাইটানিয়ামের পরমাণুর মধ্যে প্রাকৃতিক ফাঁকে ঘটনা ছাড়াই বাস করে। কিন্তু যান্ত্রিক শক্তির অধীনে, অক্সিজেন পরমাণুগুলি সংলগ্ন স্থানগুলিতে এলোমেলো হতে পারে যেখানে তারা স্থানচ্যুতিতে কম প্রতিরোধ প্রদান করে যা যদি তারা ছড়িয়ে পড়ে তবে ধাতুকে দুর্বল করে দেয়।

"অক্সিজেন একটি কাঠামোগত দুর্বলতা প্রচার করে," মাইনর বলেছেন। যান্ত্রিক শক্তি ধাতুকে বিকৃত করে, অক্সিজেন পরমাণু স্থানচ্যুত, কাঠামোগত ত্রুটির বিস্তারকে বাধা দেওয়ার পরিবর্তে, একটি তথাকথিত প্ল্যানার স্লিপকে সহজতর করতে পারে।

আস্তা বলেন, একটি প্ল্যানার স্লিপ হল ধাতুর স্ফটিক কাঠামোর ত্রুটিগুলির একটি লহরের মতো যা একটির উপর অন্যটি তৈরি করে, যা শেষ পর্যন্ত ফাটল, ফাটল এবং ধাতুর একটি ভঙ্গুর টুকরার দিকে পরিচালিত করে।

টাইটানিয়ামে কীভাবে স্থানচ্যুতি তৈরি হতে পারে এবং ছড়িয়ে পড়তে পারে তা বোঝার জন্য, ক্রজান একটি বড়, ভারী পাটি সরানোর চেষ্টা করার পরামর্শ দেন।

"একটি খুব বড় পাটি এক প্রান্তে তোলা যায় এবং মেঝে জুড়ে একটি নতুন অবস্থানে টেনে নিয়ে যাওয়া যায়," তিনি বলেছেন। কিন্তু পাটি সরানোর আরেকটি উপায় হল এক প্রান্তে একটি লহর তৈরি করা এবং তারপরে, কার্পেটের শীর্ষ জুড়ে আপনার পা এলোমেলো করে, আপনি লহরটিকে অন্য প্রান্তে "হাঁটতে" পারেন। যদি কোন কিছুই এর চলাচলে বাধা না দেয়, তবে পুরো পাটিটি লহরের প্রস্থের সমান দূরত্ব দ্বারা স্থানচ্যুত হবে।

ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপির সাহায্যে টাইটানিয়ামের এই ধরনের "লহর" দেখা যায়। "আপনি দেখতে পাচ্ছেন যে সমস্ত স্থানচ্যুতিগুলি সারিবদ্ধভাবে সারিবদ্ধ হয়েছে," মাইনর বলেছেন। "এবং এটি নমনীয়তার জন্য খারাপ কারণ যদি তারা লাইনে দাঁড়ায় এবং কেবল একে অপরকে অনুসরণ করে, তবে তারা এমনভাবে জট পাকিয়ে যায় না [এবং এইভাবে থামে] যাতে ধাতু শক্ত হয়ে কাজ করে না। আপনি একটি স্ট্রেস ঘনত্ব পান, এবং সেখানেই আপনি পান একটি ফাটল।"

(চলবে)