Китайские учёные создали новый вид алмаза, превосходящего вольфрамовые сплавы по прочности

Исследователи из Института физики Китайской академии наук и Бэйханского университета достигли значительного прорыва, синтезировав алмазный композит, который сочетает в себе высокую твёрдость с улучшенной трещиностойкостью. Для этой цели были использованы многостенные углеродные нанотрубки, что сделало процесс создания материала достаточно сложным.

Полученный композит демонстрирует твёрдость по Виккерсу на уровне 91,6 ГПа, сопоставимую с монокристаллическим алмазом. Однако его трещиностойкость достигла 31,9 МПа·м1/2, а максимальные показатели составили 36,4 МПа·м1/2, что в пять-шесть раз превышает аналогичные значения для обычного монокристаллического алмаза и значительно превосходит ряд вольфрамовых сплавов.

Для создания нового материала использовались алмазный порошок с размером зёрен от 0,8 до 1,3 мкм и многостенные углеродные нанотрубки, которые были подвергнуты спеканию при давлении 15 ГПа и температуре около 2000 °C. В результате получились цилиндрические образцы диаметром 3 мм и толщиной 2 мм, в которых нанотрубки образовали пространственную сеть между алмазными зёрнами.

Эта структура способствует повышению сопротивляемости материала к образованию трещин. При возникновении трещины, её распространение требует значительно большей энергии, что приводит к изменению направления и разветвлению трещины, а также к образованию перемычек между зёрнами.

Хотя новый алмазный композит не является абсолютно небьющимся, его сочетание высокой твёрдости и значительной трещиностойкости открывает перспективы для применения в производстве износостойких режущих инструментов, сверхтвёрдой керамики и других деталей, которые подвергаются значительным нагрузкам, например, в аэрокосмической отрасли.