Знание - сила, 2003 № 09 (915)

Лишь в наше время с помощью электронного микроскопа удалось увидеть, что происходит при обжиге фарфора. Кварц и полевой шпат превращаются в стекловидное вешество. Оно связует фарфор, и в то же время тот становится полупрозрачным. При высокой температуре меняется и каолин: в нем образуются игольчатые кристаллы, придающие фарфору прочность.

В XIX веке начинается техническое применение керамики. Так, без фарфоровых изоляторов немыслима была электрификация. Со временем из керамики стали изготавливать свечи зажигания и кислотостойкие насосы, элементы для микропроцессоров и шарики для подшипников.

Не только назначение керамики стало иным, но и ее состав. Теперь слово «керамика» — это собирательное понятие, охватывающее неметаллические неорганические материалы, полученные спеканием при высоких температурах. Свойства керамики варьируются самым широким образом, что открывает перед ней неожиданные возможности применения.

Вот один из примеров: раньше в фаворе у авиастроителей был алюминий — металл очень легкий и гибкий. Теперь керамика может потеснить даже его. Если подмешать в расплав магния полые керамические шарики, то при застывании они встраиваются в его структуру. Возникает прочный и дешевый композиционный материал, имеющий целлюлярную структуру. Во многих отношениях он напоминает дерево и кость — легкие натуральные материалы, способные выдержать очень большую нагрузку. Именно такую керамику было бы идеально использовать для обшивки авиалайнеров следующего поколения. Это заметно уменьшит вес самолета, а значит, снизит расход топлива.

Дерево, кость — природа... Учиться у нее и учиться! В правоте этих слов исследователи убедились лишний раз, пытаясь повысить прочность керамики. Взяв за образец структуру алмаза, они создали так называемую высокопрочную керамику — материал, наделенный самыми выгодными свойствами. Он тверд, как алмаз, не подвержен износу и коррозии, выдерживает высокие температуры и вдобавок очень легок. Его можно использовать в авиастроении и машиностроении, в энергетике, теплотехнике и медицине.

Впрочем, у подобной керамики выявился тот же недостаток, что у обычной, например, у чашки, слетевшей с моего стола, — хрупкость. По мере повышения механической нагрузки керамика не деформируется, как металл или пластмасса, а ломается, как дерево. Однако и с этой проблемой начали понемногу справляться. Так, японские исследователи изготовили оксидную керамику, состоящую из циркониевого, алюминиевого и магниево-алюминиевого оксидов, взятых в равном количестве. Получился материал с поликристаллической структурой, где размер отдельных кристаллов достигал всего 0,0002 миллиметра. После нагревания до 1650 градусов материал начал вести себя необычно: он растягивался, как резина, но не ломался. Теперь длина стержня, изготовленного из этой керамики, могла увеличиться под действием нагрузки раз в десять.

В различных странах мира ведутся эксперименты в этом направлении. Так, керамика на основе титаната стронция оказалась такой же пластичной, как алюминий. Отлично зарекомендовала себя керамика на основе жидкого кремния. Ее можно использовать при строительстве турбин для авиационных двигателей или электростанций. Обычно их изготавливают из металлических сплавов, чья рабочая температура не превышает тысячи градусов. Если бы удалось повысить ее, возросла бы и мощность двигателя. Однако пока эксперименты проводились лишь с металлическими турбинами, все попытки превысить этот температурный предел терпели неудачи. Возможно, что проблему решит высокопрочная керамика. Опыты показали, что она может выдерживать температуру до полутора тысяч градусов.

Женщина в молитвенной позе (майя 450-650 гг.)

Индские печати (культура Мсхенджо-Даро)

Расписной кувшин из Феста (Крит)

Керамика меняет облик автомобиля. Так, инженер Роланд Мартин из фирмы «Порше» изготовил из нее автомобильные тормоза. Чтобы обезопасить их от искрашивания, он спекал керамику с углеродным волокном при температуре 1700 градусов. Для чего все эти хлопоты? Вот что говорит изобретатель: «У керамики выше коэффициент трения; она легче; она не ржавеет и к тому же, сколько ни тормози, материал почти не устает». Перехоля на язык цифр, скажем, что керамический тормоз рассчитан на 300 тысяч километров пробега, то есть на весь срок службы автомобиля. Сейчас подобными тормозами будут оборудованы две новые модели «Порше». Правда, эта керамическая «безделица» и стоит дорого — около 8 тысяч евро.