Cientistas chineses criam diamante 'inquebrável' — seis vezes mais resistente que ligas de tungstênio

Cientistas do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, da Universidade de Beihang e de outros centros de pesquisa conseguiram embutir uma rede tridimensional de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) em uma matriz de diamante policristalino. O compósito resultante mantém dureza Vickers de até 91,6 GPa, comparável à do diamante monocristalino, enquanto atinge tenacidade à fratura média de 31,9 MPa·m1/2 e valor máximo medido de 36,4 MPa·m1/2 — cerca de cinco a seis vezes maior que a do diamante monocristalino típico e superando significativamente a tenacidade à fratura de várias ligas de tungstênio. Os pesquisadores usaram pó de diamante com tamanhos de grão de 0,8–1,3 μm e MWCNTs com diâmetro externo de 10–20 nm, diâmetro interno de 5–10 nm e comprimento de 10–20 μm. A sinterização final foi realizada a 15 GPa e cerca de 2000 °C, produzindo amostras cilíndricas com cerca de 3 mm de diâmetro e 2 mm de espessura. Os nanotubos sobreviventes ocupavam apenas cerca de 0,35% em volume, mas formavam uma rede contínua entre os grãos de diamante, atuando como fibras de reforço. Sob alta pressão, alguns nanotubos se converteram parcialmente em diamante, ligando-se covalentemente à matriz. Quando as fissuras se formam, elas são forçadas a desviar, ramificar e mudar de direção, gastando mais energia; os nanotubos são puxados para fora e formam pontes entre os grãos que se separam. Essa combinação de dureza semelhante à do diamante e alta resistência à fissuração torna o material promissor para ferramentas de corte resistentes ao desgaste, cerâmicas superduras e peças sujeitas a altas pressões e cargas de impacto, como em aplicações aeroespaciais.