Китайские ученые разработали новый тип керамики, способный выдерживать экстремальные температуры до 1800°C, что делает его перспективным материалом для ядерных реакторов и гиперзвуковых самолетов.
Исследователи из Харбинского университета науки и технологии создали материал на основе карбида циркония (ZrC), который traditionally обладает высокой температурой плавления, но сложен в обработке и хрупок. Чтобы преодолеть эти ограничения, команда под руководством Боксина Вэя и Юйцзиня Вана применила двухэтапный процесс искрового плазменного спекания.
На первом этапе при температуре 1600°C происходила химическая реакция между компонентами (TiSi2 и B4C), в результате которой формировались мелкодисперсные упрочняющие частицы внутри материала. Затем температура повышалась до 1800°C для окончательного уплотнения, при этом ранее сформированные частицы предотвращали нежелательный рост зерен. Это позволило получить структуру с размером зерен менее 500 нанометров.
Главным результатом стало значительное улучшение механических свойств. Новый материал продемонстрировал прочность на изгиб 824 ± 46 МПа и трещиностойкость 7,5 ± 0,5 МПа·м¹/², что значительно превосходит показатели, достигавшиеся ранее для керамики на основе карбида циркония.
Как отмечают ученые, предложенный подход позволяет одновременно решить проблемы спекания и хрупкости материала. Тщательный контроль последовательности реакций и температурного режима меняет взаимосвязь микроструктуры и свойств карбидной керамики, открывая путь к ее практическому применению в самых требовательных отраслях.