Chinese wetenschappers creëren 'onbreekbare' diamant — zes keer taaier dan wolfraamlegeringen

Wetenschappers van het Instituut voor Natuurkunde van de Chinese Academie van Wetenschappen, de Universiteit van Beihang en andere onderzoekscentra hebben met succes een driedimensionaal netwerk van meerwandige koolstofnanobuisjes ingebed in een polykristallijne diamantmatrix. Het resulterende composiet behoudt een Vickers-hardheid tot 91,6 GPa, vergelijkbaar met die van een monokristallijne diamant, terwijl het een gemiddelde breuktaaiheid bereikt van 31,9 MPa·m1/2 en een maximaal gemeten waarde van 36,4 MPa·m1/2 — ongeveer vijf tot zes keer hoger dan typische monokristallijne diamant en aanzienlijk hoger dan de breuktaaiheid van verschillende wolfraamlegeringen. De onderzoekers gebruikten diamantpoeder met korrelgroottes van 0,8–1,3 μm en meerwandige koolstofnanobuisjes met een buitendiameter van 10–20 nm, een binnendiameter van 5–10 nm en een lengte van 10–20 μm. De uiteindelijke sintering werd uitgevoerd bij 15 GPa en ongeveer 2000 °C, wat cilindrische monsters opleverde van ongeveer 3 mm in diameter en 2 mm dik. De overleefde nanobuisjes besloegen slechts ongeveer 0,35% van het volume, maar vormden een continu netwerk tussen de diamantkorrels, dat fungeerde als versterkende vezels. Onder hoge druk werden sommige nanobuisjes gedeeltelijk omgezet in diamant, covalent gebonden aan de matrix. Wanneer zich scheuren vormen, worden ze gedwongen om af te buigen, te vertakken en van richting te veranderen, waardoor meer energie wordt verbruikt; nanobuisjes worden eruit getrokken en vormen bruggen tussen scheidende korrels. Deze combinatie van diamantachtige hardheid en hoge scheurweerstand maakt het materiaal veelbelovend voor slijtvaste snijgereedschappen, superharde keramiek en onderdelen die onderworpen zijn aan hoge druk en stootbelastingen, zoals in de lucht- en ruimtevaart.