Kinijos Harbino universiteto mokslininkai sukūrė naują būdą gaminti ypač atsparią keramiką, galinčią atlaikyti itin aukštas temperatūras. Tokios medžiagos yra labai svarbios moderniose technologijose – pavyzdžiui, naujos kartos branduolinėje energetikoje, hipergarsiniuose orlaiviuose ar pažangiose variklių sistemose.
Tyrėjai naudojo specialų gamybos metodą, vadinamą kibirkštiniu plazminiu sukepinimu. Paprastai tariant, tai procesas, kai miltelių pavidalo medžiagos labai aukštoje temperatūroje ir esant slėgiui sujungiamos į tvirtą, vientisą medžiagą.
Pagrindinė šio tyrimo 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 technologijoms.
Tačiau cirkonio karbidas turi ir trūkumų. Jį sunku tinkamai suformuoti į tvirtą struktūrą, o pati medžiaga gali būti gana trapi. Dėl to kyla abejonių, ar ji pakankamai patikima sudėtingoms konstrukcijoms.
Norėdami išspręsti šias problemas, mokslininkai pasiūlė naują dviejų etapų gamybos procesą. Jis leidžia vienu metu pagerinti medžiagos tankį ir padidinti jos atsparumą lūžiams.
Pirmajame etape medžiagos kaitinamos iki maždaug 1600 °C temperatūros. Tuo metu vyksta cheminės reakcijos tarp skirtingų naudojamų medžiagų, kurios suformuoja naujas, stipresnes struktūras.
Vėliau temperatūra dar padidinama iki maždaug 1800 °C. Šiame etape medžiaga dar labiau susispaudžia ir tampa beveik visiškai tanki bei vientisa.
Tyrėjai taip pat pastebėjo, kad šiame procese susidaro labai smulkios dalelės, kurios padeda sustiprinti bendrą medžiagos struktūrą. Tokia struktūra padeda išvengti didelių kristalų susidarymo, kurie galėtų susilpninti keramiką.
Dėl to galutinė medžiaga tampa tvirtesnė ir atsparesnė įtrūkimams. Tyrimo metu pagaminta keramika pasižymėjo gerokai didesniu stiprumu nei ankstesni panašių medžiagų pavyzdžiai.
Mikroskopiniai tyrimai taip pat parodė, kad medžiagos viduje esančios dalelės išsidėsto taip, kad padeda geriau paskirstyti mechaninę įtampą. Tai dar labiau padidina atsparumą lūžiams.
Pasak mokslininkų, pagrindinė šio metodo sėkmės priežastis – labai tiksliai kontroliuojama reakcijų seka ir temperatūros pokyčiai viso proceso metu.
Tyrėjai teigia, kad toks metodas gali padėti sukurti naujos kartos itin atsparias keramines medžiagas. Ateityje jos gali būti naudojamos technologijose, kuriose reikalingas labai didelis atsparumas karščiui, slėgiui ir mechaninėms apkrovoms.
