Китайские учёные создали алмазный композит, который решает главную проблему природного алмаза — высокую твёрдость при слабой сопротивляемости трещинам. Разработку представили специалисты Института физики Китайской академии наук, Бэйханского университета и ряда других научных центров.
Для создания материала использовали алмазный порошок с зёрнами размером 0,8–1,3 мкм и многостенные углеродные нанотрубки диаметром 10–20 нм и длиной 10–20 мкм. Спекание проводили в прессе под давлением 15 ГПа при температуре около 2000 °C.
В итоге получались цилиндрические образцы диаметром 3 мм и толщиной 2 мм. Уцелевшие нанотрубки занимали лишь 0,35% объёма материала, но образовали непрерывную сеть между алмазными зёрнами — именно это оказалось ключевым фактором успеха.
Сеть нанотрубок работала как армирующие волокна, связывая соседние кристаллы алмаза. В зонах максимального давления часть нанотрубок превращалась в алмаз, ковалентно вплетаясь в кристаллическую решётку, при этом прямые связи между алмазными зёрнами сохраняли исключительную твёрдость.
Полученный материал показал твёрдость по Виккерсу до 91,6 ГПа — на уровне монокристаллического алмаза. Средняя трещиностойкость достигла 31,9 МПа·м^1/2, а максимальная — 36,4 МПа·м^1/2, что в пять-шесть раз превышает показатель обычного алмаза и превосходит вязкость разрушения многих вольфрамовых сплавов.
При появлении трещины структура заставляла её расходовать значительно больше энергии: вместо прямого распространения, характерного для хрупкого разрушения алмаза, трещина многократно меняла направление и разветвлялась. Нанотрубки при этом вытягивались из матрицы, образуя перемычки между разделяющимися зёрнами.
Конечно, разрушить такой материал всё же можно. Но сочетание почти алмазной твёрдости с высокой сопротивляемостью трещинам делает композит перспективным для износостойкого режущего инструмента, сверхтвёрдой керамики и деталей, работающих под давлением и ударными нагрузками, в том числе в аэрокосмической отрасли.