Kinijos Harbino universiteto mokslininkai sukūrė naują būdą gaminti ypač atsparią keramiką, galinčią atlaikyti itin aukštas temperatūras. Tokios medžiagos yra ypač svarbios moderniose technologijose, pavyzdžiui, naujos kartos branduolinėje energetikoje, hipergarsiniuose orlaiviuose ar pažangiose variklių sistemose.
Tyrėjai pasitelkė specialų gamybos metodą, vadinamą kibirkštiniu plazminiu sukepinimu. Paprastai tariant, tai procesas, kai miltelių pavidalo medžiagos, veikiamos labai aukštos temperatūros ir slėgio, sujungiamos į tvirtą, vientisą kūną.
Pagrindinė tyrime naudota medžiaga buvo cirkonio karbidas. Tai itin atspari medžiaga, galinti atlaikyti labai aukštą temperatūrą ir išlikti stabili net ekstremaliomis sąlygomis. Dėl šių savybių ji laikoma viena perspektyviausių medžiagų sudėtingoms inžinerinėms reikmėms.
Vis dėlto cirkonio karbidas turi ir trūkumų. Jį sudėtinga suformuoti į pakankamai tvirtą ir vienalytę struktūrą, be to, pati medžiaga gali būti gana trapi. Tai kelia abejonių, ar ji pakankamai patikima konstrukcijoms, kurios turi atlaikyti dideles mechanines apkrovas.
Siekdami įveikti šiuos iššūkius, mokslininkai pasiūlė naują dviejų etapų gamybos procesą. Jis leidžia vienu metu padidinti medžiagos tankį ir pagerinti jos atsparumą lūžiams.
Pirmajame etape medžiagos kaitinamos iki maždaug 1600 °C. Šiuo metu tarp skirtingų mišinio komponentų vyksta cheminės reakcijos, kurios padeda susidaryti naujoms, tvirtesnėms struktūroms.
Antrajame etape temperatūra padidinama iki maždaug 1800 °C. Tuomet medžiaga dar labiau susispaudžia ir tampa beveik visiškai tanki bei vientisa.
Tyrėjai taip pat nustatė, kad proceso metu susidaro labai smulkios dalelės, kurios sustiprina bendrą medžiagos sandarą. Tokia mikrostruktūra padeda išvengti didelių kristalų formavimosi, nes jie galėtų susilpninti keramiką.
Dėl to galutinis gaminys tampa tvirtesnis ir atsparesnis įtrūkimams. Atliekant bandymus, pagaminta keramika pasižymėjo gerokai didesniu stiprumu nei ankstesni panašių medžiagų pavyzdžiai.
Mikroskopiniai tyrimai parodė, kad medžiagos viduje esančios dalelės išsidėsto taip, jog padeda tolygiau paskirstyti mechaninę įtampą. Tai dar labiau padidina atsparumą lūžiams.
Pasak mokslininkų, pagrindinė metodo sėkmės priežastis yra itin tiksliai kontroliuojama reakcijų seka ir temperatūros pokyčiai viso proceso metu.
Tyrėjai teigia, kad šis metodas gali atverti kelią naujos kartos itin atsparioms keraminėms medžiagoms. Ateityje jos galėtų būti naudojamos technologijose, kur reikalingas ypač didelis atsparumas karščiui, slėgiui ir mechaninėms apkrovoms.
