Des scientifiques chinois créent un diamant « incassable » — six fois plus résistant que les alliages de tungstène

Des scientifiques de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, de l'Université de Beihang et d'autres centres de recherche ont réussi à intégrer un réseau tridimensionnel de nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) dans une matrice en diamant polycristallin. Le composite obtenu conserve une dureté Vickers allant jusqu'à 91,6 GPa, comparable à celle du diamant monocristallin, tout en atteignant une ténacité à la rupture moyenne de 31,9 MPa·m1/2 et une valeur maximale mesurée de 36,4 MPa·m1/2, soit environ cinq à six fois supérieure à celle du diamant monocristallin typique et dépassant nettement la ténacité à la rupture de plusieurs alliages de tungstène. Les chercheurs ont utilisé de la poudre de diamant avec des tailles de grains de 0,8 à 1,3 μm et des MWCNT avec un diamètre externe de 10 à 20 nm, un diamètre interne de 5 à 10 nm et une longueur de 10 à 20 μm. Le frittage final a été réalisé à 15 GPa et environ 2000 °C, produisant des échantillons cylindriques d'environ 3 mm de diamètre et 2 mm d'épaisseur. Les nanotubes survivants n'occupaient que 0,35 % du volume, mais formaient un réseau continu entre les grains de diamant, agissant comme des fibres de renforcement. Sous haute pression, certains nanotubes se sont partiellement transformés en diamant, se liant de manière covalente à la matrice. Lorsque des fissures se forment, elles sont contraintes de dévier, de se ramifier et de changer de direction, dépensant ainsi plus d'énergie ; les nanotubes sont extraits et forment des ponts entre les grains qui se séparent. Cette combinaison de dureté comparable à celle du diamant et de résistance élevée à la fissuration rend ce matériau prometteur pour les outils de coupe résistants à l'usure, les céramiques superdures et les pièces soumises à des pressions élevées et à des charges d'impact, comme dans l'aérospatiale.