Как сделать надежную керамику без обжига

В Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich) разработали способ делать керамику при комнатной температуре, не требующую обжига, но имеющую свойства обожженной, по принципу естественных геологических процессов. В основе материала — карбонат кальция в форме нанопорошка, к которому потом добавляют немного воды и затем сжимают. Разработка описана в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Обжиг керамики, будь то плитка, цемент, кирпичи или посуда, требует обжига при температурах, заметно превышающих 1000°C.

«Процесс производства основан на естественном геологическом процессе образования камней, — объяснил Андре Стюдар (André Studart), профессор ETH Zurich. — Наша работа — первое свидетельство, что керамический объект может быть изготовлен при комнатной температуре за столь короткое время и при сравнительно низком давлении».

Осадочные породы формируются из осадков, подвергающихся сжатию в течение миллионов лет. В ходе этого процесса карбонат кальция преобразуется в известняк, с помощью окружающей воды. Но поскольку ученые использовали карбонат кальция с чрезвычайно мелкими частицами, вместо миллионов лет этот процесс занял всего час.

Рецепт очень прост, на первый взгляд — нанопорошок карбоната кальция плюс вода плюс сжатие.

Тесты показали, что новый материал может выдерживать нагрузку в десять раз большую, чем бетон, и он такой же жесткий, как бетон и камень. Иными словами, он плохо поддается деформации.

На сей момент специалисты произвели образца размером с монетку, с помощью обычного гидравлического пресса.

«Задача в том, чтобы обеспечить нужное давление, потому что объекты большего размера требуют соответственно большей давления», — сказал Флориан Буавиль (Florian Bouville), участник группы разработчиков. Теоретически, считают ученые, должно быть возможно производить детали размером с плитку для ванной.

Новая технология может быть полезна с точки зрения энергоэффективности, а также производства композитных материалов, например, пластика. Кроме того, она имеет значение в контексте будущего «CO2-нейтрального общества», в том смысле, что карбонат кальция теоретически можно производить, улавливая двуоксись углерода из атмосферы или отработанных газов. В конечном итоге двуокись углерода будет зафиксирована в керамике, вместо того, чтобы влиять на климат.

[Фотография:  *ETH Zurich / Peter Rüegg*]