中国科学家造出“坚不可摧”的钻石——韧性是钨合金的六倍

来自中国科学院物理研究所、北京航空航天大学等研究中心的科学家们，成功地将三维多壁碳纳米管网络嵌入到多晶金刚石基质中。所得复合材料保持了高达91.6 GPa的维氏硬度，与单晶金刚石相当，同时实现了31.9 MPa·m1/2的平均断裂韧性，最大测量值为36.4 MPa·m1/2——约为典型单晶金刚石的五到六倍，显著超过了数种钨合金的断裂韧性。研究人员使用了粒径为0.8–1.3 μm的金刚石粉末和外径10–20 nm、内径5–10 nm、长度10–20 μm的多壁碳纳米管。最终在15 GPa和约2000 °C的条件下进行烧结，生产出直径约3 mm、厚度约2 mm的圆柱形样品。存活的碳纳米管仅占体积的约0.35%，但在金刚石晶粒间形成了连续网络，起到增强纤维的作用。在高压下，部分碳纳米管部分转变为金刚石，与基质形成共价键。当裂纹产生时，它们被迫转向、分支和改变方向，消耗更多能量；碳纳米管被拉出并在分离的晶粒间形成桥接。这种兼具金刚石般的硬度和高抗裂性的材料，使其在耐磨切削工具、超硬陶瓷以及承受高压和冲击载荷的部件（如航空航天领域）中具有广阔的应用前景。