ٹائٹینیم کے لیے ایک نیا وقت (1)

دھاتوں میں، ٹائٹینیم کی طاقت اور ہلکا پن، سنکنرن مزاحمت، اور انتہائی درجہ حرارت کو برداشت کرنے کی صلاحیت نے طویل عرصے سے اس کی قدر کو ممتاز کیا ہے، خاص طور پر وزن اور ماحولیاتی حساس ایپلی کیشنز کے لیے۔ جب اسے پہلی بار 18ویں صدی کے آخر میں بیان کیا گیا تو ایک شریک دریافت کرنے والے نے اس دھات کا نام Titans کے لیے رکھا - قدیم یونانی افسانوں میں زمین اور آسمان سے پیدا ہونے والے دیوتا۔

وقت نے صرف ٹائٹینیم کی چمک کو جلا دیا ہے۔ "میں ایک مادی سائنس دان ہوں، اور اس لیے لوگ کبھی کبھی مجھ سے پوچھتے ہیں، 'آپ کا پسندیدہ عنصر کون سا ہے؟'"، مواد سائنس اور انجینئرنگ کے پروفیسر اینڈریو مائنر کہتے ہیں۔ عمارتوں، ہوائی جہازوں، میزائلوں، خلائی جہازوں اور بہت کچھ کے لیے، وہ کہتے ہیں، "اگر آپ کم سے کم وزن کے لیے مضبوط ترین مواد چاہتے ہیں، تو وہ ٹائٹینیم ہے۔ اگر ہم کر سکتے، تو ہم ہر چیز کو ٹائٹینیم سے بنائیں گے۔"

درحقیقت، صنعتی ڈیزائنرز کے لیے، مضبوط، ہلکی پھلکی، انتہائی ایندھن سے چلنے والی کاروں، ٹرکوں، اور ہوائی جہازوں کا امکان، مثال کے طور پر، یا انتہائی سنکنرن مزاحم کارگو جہاز، ٹائٹینیم خوابوں کا سامان ہونا چاہیے۔

مسئلہ؟ "یہ بہت مہنگا ہے،" مائنر کا کہنا ہے کہ صنعتی درجے کے ٹائٹینیم یا ٹائٹینیم مرکبات جو اسٹیل کی جگہ لے سکتے ہیں جب صرف مضبوط ترین، پائیدار مواد ہی کافی ہوگا۔ ٹائٹینیم بنانے کی لاگت سٹین لیس سٹیل سے تقریباً چھ گنا زیادہ ہے۔ نتیجے کے طور پر، اس کا استعمال ایرو اسپیس کے خاص حصوں، زیورات جیسی اعلیٰ اشیاء، یا دیگر مخصوص ایپلی کیشنز تک ہی محدود رہا۔

مزید کیا ہے، خالص ٹائٹینیم میں صرف اعتدال پسند طاقت ہوتی ہے، مائنر بتاتا ہے۔ اسے آکسیجن، ایلومینیم، مولیبڈینم، وینیڈیم اور زرکونیم جیسے عناصر سے مضبوط کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، یہ اکثر لچک کی قیمت پر ہوتا ہے - کسی دھات کی فریکچر کے بغیر کھینچنے یا درست کرنے کی صلاحیت۔

اب، ایک دہائی کی تحقیق کے بعد، ٹائٹینیم کے لیے ایک نیا دور، جس میں بہت زیادہ توسیع شدہ انجینئرنگ ایپلی کیشنز بھی شامل ہیں، قریب آ رہا ہے، مائنر اور اس کے برکلے کے ساتھیوں، بشمول مارک آسٹا، ڈیرل کرزن، اور جے ڈبلیو مورس جونیئر، ڈیپارٹمنٹ کے پروفیسرز کی بدولت۔ مواد سائنس اور انجینئرنگ کے. وہ مختلف قسم کے ساختی یا انجینئرنگ ایپلی کیشنز کے لیے اس کے عملی استعمال کو وسعت دینے کی امید میں کسی بھی طرح سے ٹائٹینیم کی چھان بین کر رہے ہیں اور اسے تیار کر رہے ہیں۔

اس کے بجائے، جو چیز تجارتی درجے کے ٹائٹینیم کی ضرورت سے زیادہ لاگت کو آگے بڑھاتی ہے، مائنر بتاتا ہے، وہ پیچیدہ کرول عمل ہے جو اکثر ٹائٹینیم بارز، انگوٹوں اور دھات کی دوسری شکلوں کو بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے جنہیں قابل استعمال حصوں اور دیگر مصنوعات میں گھڑا جا سکتا ہے۔ اس عمل میں آرگن گیس جیسے مہنگے مواد کا استعمال شامل ہے، اور یہ توانائی سے بھرپور ہے، جس کے لیے انتہائی زیادہ درجہ حرارت پر متعدد پگھلنے کی ضرورت ہوتی ہے، خاص طور پر آکسیجن کی نجاست کو کنٹرول کرنے کے لیے۔

درحقیقت، ٹائٹینیم اور آکسیجن کا ایک پریشان کن رشتہ ہے، جسے مائنر، آسٹا، کرزن، مورس، اور ساتھی بہتر طور پر سمجھنا چاہتے ہیں۔ ٹیم جانتی تھی کہ آکسیجن کی ناپاکی کو اکثر ٹائٹینیم کے مرکب کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ مضبوط مضبوطی کا اثر حاصل کیا جا سکے۔ ٹائٹینیم جوہری آکسیجن کی مقدار میں صرف ایک چھوٹے سے اضافے کے ساتھ بنایا گیا ہے جس کے نتیجے میں دھات کی طاقت میں کئی گنا اضافہ ہو سکتا ہے۔

بدقسمتی سے، آکسیجن دھات کی لچک میں اور بھی بڑی کمی پیدا کر سکتی ہے۔ یہ ٹوٹ جاتا ہے اور ٹوٹ جاتا ہے اور ٹوٹ جاتا ہے۔

لیکن "آکسیجن ہر جگہ ہے،" مائنر ٹائٹینیم کی آکسیجن کے لیے اعلی ردعمل کے ارد گرد تدبیریں کرنے میں دشواری کے بارے میں کہتے ہیں۔ "یہ ماخذ مواد سے آنے والی کوئی نجاست نہیں ہے جس سے آپ بچ سکتے ہیں۔"

وہ ٹائٹینیم کی آکسیجن کی حساسیت کو انتہائی حد تک بیان کرتا ہے۔ "یہ واقعی عجیب ہے کہ یہ کتنا طاقتور ہے،" معمولی کہتے ہیں. یہ دھات پر اچھے اور برے دونوں طرح کے اثرات مرتب کرتا ہے، جب کہ ایلومینیم اور اسٹیل جیسی دھاتوں کے لیے اتنی ہی مقدار میں آکسیجن کی موجودگی غیر معمولی ہے کیونکہ اسے پروسیسنگ میں بہت آسانی سے نمٹا جا سکتا ہے۔

مزید جاننے کے لیے، ٹیم نے دباؤ کے تحت اور آکسیجن کی مختلف مقدار کے ساتھ ٹائٹینیم میں اخترتی کے عمل کو ماڈل بنانے کے لیے اعلیٰ کارکردگی والے کمپیوٹنگ کا رخ کیا۔ آسٹا کا کہنا ہے کہ کمپیوٹر ماڈلز "ٹولز کا ایک طاقتور مجموعہ ہیں جو ہمیں ٹائٹینیم میٹالرجی میں اس شاندار چیلنج کی تحقیقات کرنے دیتے ہیں۔"

ٹیم کی اہم دریافتوں میں سے، ٹائٹینیم کے کرسٹل ڈھانچے میں آکسیجن کے ایٹموں کی تبدیلی جب دھات دباؤ کا شکار ہوتی ہے تو لچک کے نقصان کو سمجھنے کی کلید بن گئی۔ غیر تناؤ والی حالت میں، آکسیجن کے مالیکیول ٹائٹینیم کے ایٹموں کے درمیان قدرتی خلا میں واقع ہوتے ہیں۔ لیکن مکینیکل قوتوں کے تحت، آکسیجن کے ایٹم ملحقہ جگہوں پر منتقل ہو سکتے ہیں جہاں وہ نقل مکانی کے خلاف کم مزاحمت فراہم کرتے ہیں جو کہ اگر وہ پھیل جائیں تو دھات کو کمزور کر دیتے ہیں۔

"آکسیجن ساختی کمزوری کو فروغ دیتی ہے،" معمولی کہتے ہیں۔ چونکہ مکینیکل قوتیں دھات کو خراب کرتی ہیں، ساختی نقائص کے پھیلاؤ کو روکنے کے بجائے، بے گھر آکسیجن ایٹم ایک نام نہاد پلانر سلپ کی سہولت فراہم کر سکتے ہیں۔

آسٹا کا کہنا ہے کہ ایک پلانر سلپ دھات کے کرسٹل ڈھانچے میں نقائص کی ایک لہر کی طرح ہے جو ایک دوسرے پر بنتی ہے، جو بالآخر ٹوٹنے، دراڑیں اور دھات کے ٹوٹنے والے ٹکڑے کا باعث بنتی ہے۔

یہ سمجھنے کے لیے کہ ٹائٹینیم میں کس طرح نقل مکانی بن سکتی ہے اور پھیل سکتی ہے، Chrzan ایک بڑے، بھاری قالین کو منتقل کرنے کی کوشش کرنے کا تصور کرنے کا مشورہ دیتا ہے۔

"ایک بہت بڑا قالین ایک سرے سے اٹھایا جا سکتا ہے اور فرش پر گھسیٹ کر نئی پوزیشن پر لایا جا سکتا ہے،" وہ کہتے ہیں۔ لیکن قالین کو منتقل کرنے کا ایک اور طریقہ یہ ہے کہ ایک سرے پر لہر پیدا کی جائے اور پھر قالین کے اوپری حصے میں اپنے پیروں کو ہلا کر، آپ لہر کو دوسرے سرے تک "چل" سکتے ہیں۔ بشرطیکہ کوئی چیز اس کی نقل و حرکت میں رکاوٹ نہ ڈالے، پوری قالین لہر کی چوڑائی کے برابر فاصلے سے بے گھر ہو جائے گی۔

ٹائٹینیم میں ایسی "لہریں" الیکٹران مائیکروسکوپی سے دیکھی جا سکتی ہیں۔ مائنر کا کہنا ہے کہ "آپ دیکھ سکتے ہیں کہ تمام نقل مکانی قطاروں میں کھڑی ہے۔" "اور یہ لچک کے لیے برا ہے کیونکہ اگر وہ قطار میں لگ جاتے ہیں اور صرف ایک دوسرے کی پیروی کرتے ہیں، تو وہ الجھتے نہیں [اور اس طرح رک جاتے ہیں] کہ دھات سخت کام نہیں کرتی ہے۔ ایک شگاف."

(جاری ہے)