Керамика славится твердостью и устойчивостью к высоким температурам — без нее не обойтись в авиакосмической отрасли, электронике и медицине. Но эти же свойства превращают обработку материала в головную боль: при механической резке или сверлении легко появляются трещины, а сложные формы и вовсе становятся недостижимыми.

Группа ученых под руководством профессора Шивея Вана предложила неожиданное решение: обрабатывать керамику не в твердом состоянии, а в виде геля. Метод назвали URM (ультразвуковая обработка гелей).

Результаты опубликованы в издании Journal of Advanced Ceramics.

Секрет в том, что керамическую массу сначала превращают в гель с помощью технологии Spontaneous Coagulation Casting (SCC), сохраняющей пластичность под давлением.

Spontaneous Coagulation Casting (SCC) — метод приготовления керамических гелей, где частицы керамики равномерно распределены в жидкости, но при механическом воздействии (например, сдвиге) масса временно становится текучей. Это позволяет формовать материал, как пластилин, а после спекания — получать твердый продукт.

Затем на материал воздействуют высокочастотным ультразвуком — это позволяет точно вырезать микронные детали, сверлить отверстия и даже соединять фрагменты без дефектов.

URM дает возможность формовать и склеивать керамику без трещин, — объясняет Шивей Ван. — Это чистый и эффективный процесс, который не разрушает структуру материала.

Эксперименты с гелями из оксида алюминия подтвердили преимущества метода: после спекания поверхность становилась гладкой (шероховатость снизилась с 3.2 мкм до 0.3 мкм), а соединения — однородными.

Плюсы URM:

• Нет загрязнения микрочастицами, как при лазерной резке.
• Можно создавать сложные формы, которые раньше были невозможны из-за хрупкости.

Технология совместима с экологичными SCC-гелями, что делает ее перспективной для «зеленого» производства.

Главный прорыв — в устранении ключевого ограничения керамики: хрупкости при механической обработке. Если метод масштабируют, это удешевит производство:

• Медицина — индивидуальные имплантаты с микропорами для срастания с костью.
• Электроника — миниатюрные изоляторы для микросхем без риска раскола.
• Аэрокосмос — легкие детали турбин с охлаждающими каналами сложной формы.

Однако пока URM тестировали только на оксиде алюминия, но если адаптировать его для карбида кремния или циркония, область применения расширится до брони и сверхзвуковой техники.

Метод требует двухэтапной обработки (гель + спекание), что усложняет процесс. Также неясно, как URM поведет себя с керамиками высокой плотности — например, с нитридом бора. Авторы не приводят данных о скорости обработки: если она в разы ниже, чем у лазера, промышленники могут проигнорировать разработку.

Ранее ученые разработали керамический композит для прочных и легких конструкций.