Китайски учени разработиха диамантен композит, в който успяха да преодолеят едно от основните ограничения на диамантите – изключително високата твърдост при сравнително ниска устойчивост на пукнатини. На помощ дойдоха въглеродните нанотръбички, но „рецептата“ за производството му се оказа сложна.
За пробива съобщиха изследователи от Института по физика към Китайската академия на науките, Университета „Бейхан“ и редица други научни центрове. В крайна сметка те успяха да вградят в поликристална диамантена матрица триизмерна мрежа от многостенни въглеродни нанотръбички (MWCNT).
Полученият материал запази твърдост по Викерс до 91,6 GPa, т.е. на нивото на монокристалния диамант, но средната устойчивост на пукнатини или вискозитет на разрушаване достигна 31,9 MPam¹/², а максималната измерена стойност – 36,4 MPam¹/². Това е приблизително пет-шест пъти по-високо от характерния показател за обикновения монокристален диамант и според данните на авторите многократно надвишава вискозитета на разрушаване на редица волфрамови сплави.
За получаването на композита изследователите използваха диамантен прах с размер на зърната 0,8-1,3 микрометра и многостенни въглеродни нанотръбички с външен диаметър 10-20 нанометра, вътрешен диаметър 5-10 нанометра и дължина 10-20 микрометра. Окончателното спичане е проведено в преса при налягане от 15 GPa и оптимална температура около 2000°C. В резултат бяха получени цилиндрични образци с диаметър около 3 милиметра и дебелина 2 милиметра. Нанотръбичките, които се запазиха по време на процеса на спичане заемаха едва около 0,35 % от обема на материала, но образуваха непрекъсната пространствена мрежа в пространствата между диамантените зърна и това реши всичко.
Мрежата от нанотръбички действаше подобно на армиращи влакна, свързващи съседните диамантени зърна. В зоните с максимално налягане при производството нанотръбичките частично се превръщаха в диамант. Благодарение на това те не просто механично се разполагаха между кристалите, а на места се оказваха ковалентно „вплетени“ в диамантената структура, докато здравите връзки непосредствено между диамантените зърна запазваха изключително високата твърдост на материала.
При възникване на пукнатина структурата я караше да изразходва значително повече енергия за разпространението си. Вместо пряко разпространение по равнината, характерно за крехкото разрушаване на диаманта, пукнатината многократно се отклоняваше, разклоняваше се и променяше посоката си. При това нанотръбичките се изтегляха от матрицата и образуваха мостове между разделящите се зърна.
В крайна сметка дори този „супердиамант“ може да бъде разрушен, но съчетанието на почти диамантена твърдост с толкова висока устойчивост на образуването на пукнатини прави материала перспективен за производството на износоустойчив режещ инструмент, свръхтвърда керамика и други детайли, които едновременно са подложени на силно налягане и ударни натоварвания, например в аерокосмическата индустрия.