Kiinalaiset tutkijat luovat 'rikkomattoman' timantin – kuusi kertaa lujempi kuin volframiseokset

Kiinan tiedeakatemian fysiikan instituutin, Beihangin yliopiston ja muiden tutkimuskeskusten tutkijat ovat onnistuneesti upottaneet kolmiulotteisen moniseinäisten hiilinanoputkien (MWCNT) verkoston monikiteiseen timanttimatriisiin. Tuloksena oleva komposiitti säilyttää Vickers-kovuuden jopa 91,6 gigapascalia, mikä on verrattavissa yksikiteiseen timanttiin, samalla kun sen keskimääräinen murtumissitkeys on 31,9 megapascalia neliöjuuri metri (MPa·m1/2) ja suurin mitattu arvo 36,4 MPa·m1/2 — noin viidestä kuuteen kertaa suurempi kuin tyypillisellä yksikiteisellä timantilla ja selvästi ylittää useiden volframiseosten murtumissitkeyden. Tutkijat käyttivät timanttijauhetta, jonka raekoko oli 0,8–1,3 mikrometriä, ja moniseinäisiä hiilinanoputkia, joiden ulkohalkaisija oli 10–20 nanometriä, sisähalkaisija 5–10 nanometriä ja pituus 10–20 mikrometriä. Lopullinen sintraus suoritettiin 15 gigapascalin paineessa ja noin 2000 °C:n lämpötilassa, jolloin saatiin sylinterimäisiä näytteitä, joiden halkaisija oli noin 3 millimetriä ja paksuus 2 millimetriä. Säilyneet nanoputket käsittivät tilavuudesta vain noin 0,35 prosenttia, mutta ne muodostivat jatkuvan verkoston timanttirakeiden välille toimien lujitekuituina. Korkeassa paineessa osa nanoputkista muuttui osittain timantiksi, sitoutuen kovalenttisesti matriisiin. Kun halkeamia muodostuu, ne pakotetaan poikkeamaan, haarautumaan ja vaihtamaan suuntaa, kuluttaen enemmän energiaa; nanoputket vedetään ulos ja muodostavat siltoja erottuvien rakeiden välille. Tämä timanttimaisen kovuuden ja suuren halkeamisenkestävyyden yhdistelmä tekee materiaalista lupaavan kulutusta kestäviin leikkuutyökaluihin, superkoviin keraameihin sekä osiin, jotka altistuvat korkealle paineelle ja iskukuormituksille, kuten ilmailualalla.