Исследователи из Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина разработали новый тип циркониевой керамики, которая сочетает прочность с неожиданной для таких материалов пластичностью при комнатной температуре. Более того, после деформации этот материал можно восстановить до исходного состояния с помощью термической обработки. О результатах сообщается в журнале Ceramics International.
Керамические материалы традиционно славятся высокой твердостью, термической и химической устойчивостью, а также биоинертностью, что делает их незаменимыми в широком спектре областей — от медицины до энергетики и оборонной промышленности. Однако главный недостаток таких материалов — хрупкость, особенно при ударных и деформационных нагрузках. Это ограничивает их применение в ответственных конструкциях и устройствах.
Группа ученых под руководством профессора Александра Дмитриевского нашла способ преодолеть это ограничение. Путем введения строго дозированных добавок диоксида кремния (SiO₂) в циркониевую матрицу исследователи добились пластичности при комнатной температуре без потери прочности. Такой подход позволил изменить внутреннюю структуру материала на микроуровне, сделав ее более устойчивой к разрушению.
Традиционная циркониевая керамика и большинство ее композитов по своей природе хрупки, что накладывает соответствующие ограничения на их применение. Наше решение заключается в управлении соотношением «состав-структура-свойства». Важно, что введение в керамику специальных добавок, в частности SiO₂ в строго ограниченных концентрациях, не только обеспечивает проявление пластичности при комнатной температуре, но и повышает ее прочность.
- Александр Дмитриевский, д.ф.-м.н., профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики Державинского университета
Ученые также разработали специальный режим термообработки, который позволяет восстановить фазовый состав материала после его пластической деформации. Это значит, что керамика может не только деформироваться без разрушения, но и многократно возвращаться к исходным механическим характеристикам — редкое качество для керамических композитов.
Исследование поддержано грантом Державинского университета и открывает перспективы создания новых поколений функциональных и конструкционных материалов с повышенной надежностью. В будущем такие керамики могут применяться, например, в протезировании, термостойких конструкциях, бронеэлементах и топливных элементах.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТГУ им. Г.Р. Державина
