12 Авг 2026
Китайские ученые из Института физики Китайской академии наук и Бэйханского университета совершили прорыв в материаловедении, создав новый алмазный композит. Исследователям удалось преодолеть главное ограничение натурального алмаза — его хрупкость и низкую трещиностойкость при экстремальной твердости. Для этого они внедрили в поликристаллическую алмазную матрицу трехмерную сеть многостенных углеродных нанотрубок, что позволило сохранить уникальные свойства материала, добавив ему прочности на разрыв.
Полученный композит продемонстрировал выдающиеся характеристики: твердость по Виккерсу составила 91,6 ГПа, что сопоставимо с показателями монокристаллического алмаза. При этом вязкость разрушения достигла 31,9 МПа·м¹/² в среднем и до 36,4 МПа·м¹/² в пиковых значениях. Эти показатели примерно в пять-шесть раз превышают аналогичные параметры обычного монокристаллического алмаза и значительно превосходят свойства многих вольфрамовых сплавов, что делает материал уникальным по сочетанию твердости и устойчивости к трещинам.
Процесс изготовления композита оказался сложным технологическим вызовом. Ученые использовали алмазный порошок с зернами размером 0,8–1,3 мкм и углеродные нанотрубки длиной до 20 мкм. Спекание проводилось при давлении 15 ГПа и температуре около 2000 °C. Несмотря на то что нанотрубки занимали всего 0,35% объема материала, они образовали непрерывную пространственную сеть между алмазными зернами. В зонах максимального давления часть трубок превратилась в алмаз, создавая ковалентные связи с матрицей и надежно «вшиваясь» в структуру композита.
Такая архитектура кардинально меняет поведение материала при возникновении повреждений. Вместо хрупкого разрушения по прямой линии, характерного для обычного алмаза, трещина вынуждена многократно отклоняться и разветвляться, затрачивая на свое распространение значительно больше энергии. Нанотрубки вытягиваются из матрицы, образуя перемычки между расходящимися зернами, что эффективно тормозит рост дефектов. Этот механизм армирования позволяет материалу выдерживать ударные нагрузки, которые обычно приводят к разрушению чистого алмаза.
Разработанный композит открывает перспективы для создания износостойкого режущего инструмента, сверхтвердой керамики и деталей для аэрокосмической отрасли. Эти сферы требуют материалов, способных одновременно выдерживать высокое давление и механические удары без потери целостности. Хотя материал все еще можно разрушить, его новое качество — сочетание алмазной твердости с высокой сопротивляемостью трещинам — делает его ценным решением для высокотехнологичных применений, где традиционные материалы оказываются недостаточно надежными.