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les expériences de déformation révèlent un changement de matériau lors de la compression de choc

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les expériences de déformation révèlent un changement de matériau lors de la compression de choc

2016-09-05


cette image représente la configuration expérimentale, dans laquelle un échantillon de tantale est soumis à un choc par un laser et sondé par un faisceau de rayons X. les diagrammes de diffraction, recueillis par une série de détecteurs, montrent que le matériau subit un macle. l'illustration de fond montre une structure en treillis qui a créé des jumeaux. crédit: ryan chen / llnl


pour la première fois, des scientifiques ont rapporté des expériences de diffraction in situ mesurant le jumelage de déformation au niveau du réseau pendant la compression de choc. les résultats ont été récemment publiés dans la nature par une équipe de chercheurs du laboratoire national de lawrence livermore et des collaborateurs de l'université d'oxford, du laboratoire national de los alamos, de l'université de york et du laboratoire d'accélérateur national de slac.


la compression par choc est un domaine d'étude difficile, car elle combine des conditions extrêmes, telles que des pressions et des températures élevées, avec des échelles de temps ultrarapides. Pour simplifier le problème, les scientifiques supposent souvent que les matériaux solides se comportent comme un fluide, s'écoulant et changeant de forme (plasticité) sans résistance. pourtant, en tant que solide, la plupart des matériaux conservent également une structure en treillis. Quand un matériau s'écoule, change de forme, le treillis doit changer aussi bien tout en conservant le motif régulier du treillis. l'étude de la plasticité au niveau le plus fondamental repose alors sur la compréhension de la façon dont le treillis change alors qu'un matériau se déforme.


dislocation-glissement (où les dislocations de réseau sont générées et se déplacent) et le jumelage (où les sous-grains forment avec un réseau d'image miroir) sont les mécanismes de base de la déformation plastique. En dépit de leur importance fondamentale pour la plasticité, le diagnostic du mécanisme actif in-situ (pendant le choc) a été insaisissable. recherche précédente a étudié le matériel après le fait (en \"récupération\"), ce qui introduit des facteurs de complication supplémentaires et a conduit à des résultats contradictoires.


«Les expériences de diffraction in situ existent depuis quelques décennies mais n'ont pris de l'importance que récemment car les lasers à haute puissance et les lasers à électrons libres ont rendu les mesures plus largement disponibles, plus sensibles et capables d'atteindre des conditions plus extrêmes» dit chris wehrenberg, physicien de llnl et auteur principal sur le papier. \"Notre travail met en évidence un domaine d'étude inexploité, la distribution du signal dans les anneaux de diffraction, ce qui peut donner des informations importantes.\"


les expériences de l'équipe ont été menées à la nouvelle station extrême dans des conditions extrêmes, localisées à la source de lumière cohérente linac de slac, qui représente la pointe dans un grand investissement mondial dans les installations qui peuvent coupler la diffraction in situ avec haute pression et haute pression. techniques de vitesse de déformation.


\"Dans ces expériences, vous lancez une onde de choc avec un laser, où un jet de plasma chauffé au laser crée une pression opposée dans votre échantillon, et sonde l'état de votre échantillon avec un faisceau de rayons X\", a déclaré Wehrenberg. \"Les rayons X vont diffuser l'échantillon à des angles spécifiques, formant des anneaux de diffraction, et l'angle de diffusion fournit des informations sur la structure du matériau.\"


Malgré la popularité croissante des expériences de diffraction in situ, la plupart se concentrent sur l'angle de diffusion et n'abordent pas la distribution du signal dans un anneau de diffraction. alors que cette approche peut révéler quand un matériau change de phase, il ne révèle pas comment un matériau se comporte en dehors d'une transition de phase.


En analysant les changements de la distribution du signal à l'intérieur des lignes, l'équipe pouvait détecter les changements dans l'orientation du réseau, ou la texture, et montrer si un matériau subissait un gémissement ou un glissement. En outre, l'équipe pouvait non seulement démontrer si l'échantillon-tantale, un métal à haute densité jumeaux ou glisse en cas de choc comprimé, mais ont été en mesure de démontrer cela pour la plupart de la gamme complète des pressions de choc.


\"Llnl est profondément engagé dans la modélisation des matériaux dans le cadre de la mission scientifique de gestion des stocks et a des efforts programmatiques pour modéliser le tantale au niveau moléculaire, ainsi que la modélisation de la plasticité\", a déclaré Wehrenberg. \"Ces résultats sont directement applicables à ces deux efforts, fournissant des données que les modèles peuvent être directement comparés à l'analyse comparative ou à la validation. à l'avenir, nous pla n de coordonner ces efforts expérimentaux avec des expériences connexes sur l'installation nationale d'allumage de llnl qui étudient la plasticité à des pressions encore plus élevées. \"


Alors que les techniques d'analyse des données de diffraction des rayons X pour les modifications de la texture et de la microstructure d'un matériau ont été pratiquées dans des expériences quasi-statiques, elles sont nouvelles dans le domaine des expériences de choc. cette combinaison de techniques est pertinente dans de nombreux autres domaines. par exemple, les caractéristiques de déformation planaire dans le quartz causées par le jumelage et la microfracture sont une indication commune des sites d'impact des météores, et ces caractéristiques peuvent également affecter l'aimantation d'autres matériaux géologiques. de même, le jumelage joue un rôle crucial dans le comportement d'auto-affûtage des pénétrateurs balistiques et a été associé à une ductilité accrue dans les céramiques hautes performances pour les applications d'armure. La compréhension de la plasticité à haut débit est essentielle pour durcir le matériel spatial contre les impacts de poussière hypervélocitaire et a même des implications pour la formation de nuages ​​de poussière interstellaire.


source: phys


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