Разбитое стекло и треснувшая посуда… Керамика – очень хрупкий материал, это всем известно. Ученые разрабатывают новые технологии для того, чтобы сделать керамику прочной, как сталь. Оказывается, лучший способ – это использовать кристаллы наноразмера, которые образуются при расстекловывании (девитрификации) стеклянной матрицы. То есть образуются кристаллические области в аморфном некристаллическом стекле.

Розенфланц с коллегами из Миннесоты (3M Central Research Laboratory, США) в журнале Nature описывают свой метод, который позволяет получить для последующего спекания шарики алюминатного стекла, размером с нанометр и содержащие 80% алюминия. Оксидный порошок попадает в водородно-кислородное пламя высокой температуры, и после быстрого охлаждения образуются крошечные алюминатные бусинки. Спекая их, авторы методики получают сверхпрочное алюминатное стекло.

Почему выбран именно алюминий? Оксид алюминия (Al2O3) – основа многих керамических составов, например, как оптические волокна, он активно используется в химически реактивной среде, в газовых турбинах, в космических зондах в виде прочнейших, сложных соединений. Однако алюминатные стекла образуются только из нескольких соединений из-за высокой температуры плавления и низкой вязкости. Еще никому не удавалось изготовить стекло из чистой алюминиевой жидкости с помощью обычной плавильной техники.

Алюминатное стекло в комбинации с редкоземельными оксидами превращается в замечательный материал – механически прочный, с самой высокой скоростью звука в стеклянных системах. Удивительно, но расстеклованные образцы с механически слабыми редкоземельными оксидами становятся чрезвычайно прочными.

Для изготовления магнитных материалов из редкоземельных элементов в последнее время активно используется в основном неодим. Ученые решили исследовать свойства другого редкоземельного элемента, гадолиния, в композите. Оказалось, что композиты алюмината гадолиния (Al2O3Gd2O3) проявляют удивительные свойства при нагревании, как и алюминат иттрия. Это свойства полиаморфизма, характерные для алюминатных жидкостей. Алюминатные жидкости и стекла могут существовать в разных структурных состояниях и с разными термодинамическими свойствами, хотя у них одинаковый химический состав.

Ученые утверждают, что можно управлять полиаморфизмом в стеклянных алюминатах. Тогда используя новую технику получения алюминатных наношариков, можно вооружиться новым методом для создания нужных механических свойств, в том числе прочности, у различных композитных материалов.