Небьющиеся вазы? Новая суперкерамика сама ремонтирует свои трещины

Ведущий автор работы Хемант Ратод (Hemant Rathod) изучает образец материала.

Ведущий автор работы Хемант Ратод (Hemant Rathod) изучает образец материала.
Фото Dharmesh Patel/Texas A&M Engineering.

Керамические материалы отличаются прочностью и долговечностью, однако они очень чувствительны к ударам — одно неверное движение, и на керамике появляются трещины.

Исследователи живо интересуются способами сделать керамику менее хрупкой. И делается это совсем не для того, чтобы сохранить на века любимый бабушкин сервиз.

Сверхпрочные керамические детали нередко используются в медицинских изделиях, к примеру, в позвоночных имплантатах или кардиостимуляторах.

Керамика также применяется и в военных разработках: производстве брони для техники и бронежилетов. Керамическая броня отличается от металлической лёгкостью и прочностью. И всё же проблема отсутствия какой-либо пластичности у таких материалов всё ещё не решена.

Возможно, в скором времени эта ситуация изменится. В издании Science Advances вышла работа исследователей из США, обнаруживших у керамического материала механизм самовосстановления при комнатной температуре.

Этот материал называют MAX-фазы. Учёные продемонстрировали, что во время нагрузки в нём образуются естественные дефекты (или "полосы перегиба"), которые не только останавливают рост трещин, но также могут буквально "залечивать" их.

В пресс-релизе Техасского университета A&M авторы работы отмечают, что на сегодняшний день самовосстановления керамики можно достичь лишь при высоких температурах за счёт процесса окисления. Именно поэтому новые данные о свойствах MAX-фаз "зарастать" при комнатной температуре так впечатлили учёных.

Исследователи предположили, что уникальные свойства MAX-фаз заключаются в особой слоистой структуре материала.

Изучив образец под давлением с помощью электронного микроскопа, учёные обнаружили, что полосы перегиба образуются в нём почти так же, как в естественных горных породах. Также интересно, что материал на этом изломе смещается под давлением по круговой траектории, что не только предотвращает рост трещины, но ещё и со временем помогает керамике восстановиться и "залечить" разлом.

Это открытие поможет в развитии ряда новых технологий, к примеру, в производстве реактивных двигателей и безопасных ядерных реакторов.

Исследователи также отмечают, что самовосстанавливающие свойства могут быть присущи не только MAX-фазам, но и другим материалам с похожей молекулярной структурой.

Напомним, ранее мы писали о создании материала, который невозможно разрезать. Рассказывали мы и о сверхпрочном стекле для смартфонов, которое само "заживляет" царапины, и о "керамическом щите" для айфонов.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".