Алмаз считается самым твердым природным материалом на Земле, однако из-за высокой хрупкости он легко раскалывается при направленном механическом ударе. Исследователи из Китая нашли способ устранить этот фундаментальный изъян и синтезировали композит, превосходящий классические кристаллы по трещиностойкости в пять-шесть раз при сохранении рекордной твердости, сообщает Ertenmedia.kz.
Твердость против ударной вязкости
В материаловедении твердость и ударная прочность обозначают совершенно разные свойства. Твердость определяет сопротивление материала царапинам и вдавливанию — по шкале Мооса алмаз занимает наивысшую, десятую строчку. Однако ударная вязкость отражает способность поглощать кинетическую энергию без образования сквозных разломов.
Жесткая кристаллическая решетка минерала имеет плоскости спайности — направления естественной уязвимости. Из-за этого точечный удар тяжелым предметом под определенным углом способен разбить даже самый чистый природный драгоценный камень вдребезги.
Принцип армирования на атомарном уровне
Разработкой занималась научная группа из Института физики Академии наук Китая и Бэйханского университета. Чтобы решить многолетнюю инженерную дилемму, исследователи смешали синтетический алмазный порошок с многостенными углеродными нанотрубками, чья прочность на разрыв во много раз превосходит легированную сталь.
Полученную смесь поместили в гидравлический пресс и разогрели примерно до 2000 градусов Цельсия под давлением около 15 гигапаскалей, что превышает нормальное атмосферное давление более чем в 150 тысяч раз. В таких экстремальных условиях нанотрубки вступили в прочную связь с зернами кристалла на атомарном уровне.
Углеродные трубки толщиной всего в одну десятитысячную человеческого волоса сработали по принципу стальной арматуры в железобетоне: объемная 3D-сеть поглощает силу удара и блокирует распространение микротрещин внутри минерала.
Практическое применение инновации
Лабораторные испытания показали, что созданный композит не уступает традиционному алмазу в твердости, но выдерживает нагрузки, при которых обычные образцы мгновенно крошатся. По показателям стойкости к излому новый композит превзошел даже тяжелые вольфрамовые сплавы, применяемые в бронебойных снарядах.
Разработка открывает широкие перспективы для промышленного сектора. Новый материал востребован при производстве сверхизносостойких буровых коронок для геологии, фрез повышенной точности и элементов авиакосмической техники. Кроме того, устойчивые к растрескиванию алмазные кристаллы необходимы в полупроводниковой индустрии и высокопроизводительных серверах искусственного интеллекта для эффективного отвода тепла от микрочипов.
📌 Подписывайтесь на Telegram-канал Ertenmedia: коротко о главном, самая актуальная информация здесь!
