Открыт метод повышения прочности и устойчивости керамики к растрескиванию

Керамика всегда была известна своими замечательными свойствами, такими как способность выдерживать высокие температуры и противостоять коррозии. Однако их хрупкость всегда была ограничением. Теперь ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли решение, как сделать керамику более жесткой и устойчивой к растрескиванию.

Исследование, проведенное под руководством профессора наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Кеннета Веккио, посвящено классу керамики, называемой высокоэнтропийными карбидами. Эта керамика имеет крайне неупорядоченную атомную структуру, состоящую из атомов углерода, соединенных с несколькими металлическими элементами из четвертого, пятого и шестого столбцов периодической таблицы.

Ключ к повышению прочности керамики лежит в использовании металлов из пятого и шестого столбцов периодической таблицы, которые имеют большее число валентных электронов. Валентные электроны очень важны, поскольку они делают керамический материал более пластичным, позволяя ему подвергаться большей деформации перед разрушением, подобно металлу.

Чтобы лучше понять этот эффект, группа Веккио сотрудничала с Давиде Санджованни, профессором теоретической физики из Университета Линчепинга (Швеция). Санджованни проводил вычислительное моделирование, а команда Веккио изготавливала и проверяла материалы экспериментально.

Группа исследовала различные комбинации пяти металлических элементов в высокоэнтропийных карбидах, каждый из которых дает различную концентрацию валентных электронов. Они выявили два высокоэнтропийных карбида, которые благодаря высокой концентрации валентных электронов демонстрировали исключительную устойчивость к растрескиванию под нагрузкой или напряжением. Один из них состоит из ванадия, ниобия, тантала, молибдена и вольфрама, а в другом ниобий заменен на хром.

Этот прорыв открывает новые возможности для применения керамики в различных областях. Теперь керамика, способная выдерживать более высокие нагрузки, может использоваться в аэрокосмических компонентах, защитных покрытиях для двигателей и режущих инструментах. Это достижение может произвести революцию в тех отраслях промышленности, где керамика используется благодаря своим исключительным свойствам.

Д-р Веккио объясняет значение этого открытия: "Эта работа очень интересна, поскольку открывает новые возможности для разработки и производства более прочной и устойчивой к растрескиванию керамики. Это может оказать значительное влияние на отрасли, в которых используется керамика, такие как аэрокосмическая и автомобильная".

Будущее керамики выглядит многообещающим, поскольку она может преодолеть свои ограничения и стать еще более универсальным материалом. Это открытие может привести к дальнейшему прогрессу в области материаловедения, поскольку исследователи продолжают изучать инновационные способы улучшения свойств различных материалов.