За допомогою металів вдалося зробити кераміку міцнішою

Кераміка відома своєю стійкістю до подряпин, але водночас це досить крихкий матеріал. Команда інженерів Каліфорнійського університету в Сан-Дієго знайшла спосіб, що дозволяє кераміці витримувати вищі рівні сили та напруги. Йдеться про клас кераміки, відомий як високоентропійні карбіди.

Вчені досліджували високоентропійні карбіди, що містять різні комбінації п'яти металевих елементів. Кожна комбінація давала різну концентрацію валентних електронів усередині матеріалу. Дослідники ідентифікували два карбіди з високою ентропією, що продемонстрували виняткову стійкість до розтріскування під навантаженням або напругою завдяки високій концентрації валентних електронів. Один складався з металів ванадію, ніобію, танталу, молібдену та вольфраму, а інший варіант замінив у суміші ніобій хромом.

Під механічним навантаженням ці матеріали були здатні деформуватися або розтягуватися відповідно, нагадуючи поведінку металів, а не типову тендітну реакцію кераміки, а коли ці матеріали були проколоті, зв'язки почали розриватися, утворюючи отвори розміром з атом. Але додаткові валентні електрони навколо атомів металу реорганізовувалися, закриваючи ці отвори та утворюючи нові зв'язки між «сусідами». Цей механізм зберігав структуру матеріалу навколо отворів, ефективно запобігаючи їх збільшенню та утворенню тріщин.

Модифікована кераміка може використовуватися в екстремальних умовах, наприклад, передніх кромках гіперзвукових транспортних засобів, захищаючи найважливіші компоненти.