Карбид циркония является подходящим материалом для работы в экстремальных условиях. Он плавится при очень высокой температуре и остается стабильным. Но у него есть два недостатка. Во-первых,  он плохо спекается в плотную массу. Во-вторых, он слишком хрупкий. Из‑за этого его трудно использовать в промышленных масштабах.

Источник изображения: https://interestingengineering.com/science/tough-ceramics-for-nuclear-reactors

Китайские ученые Боксин Вэй и Юцзинь Ван из Харбинского университета (Китай) нашли способ это исправить. Они применили двухступенчатое искровое плазменное спекание. Взяли карбид циркония и добавили к нему дисилицид титана (TiSi₂) и карбид бора(B₄C).

Сначала смесь нагрели до 1600 градусов и подержали 3 минуты. Дисилицид титана среагировал с карбидом бора - получился диборид титана и карбид кремния. Потом температуру подняли до 1800 градусов, чтобы материал стал плотным. Кремний, который высвободился, создал дополнительные упрочняющие вкрапления.

В итоге получилась сложная структура из разных уровней. Твёрдые растворы на атомном уровне, наночастицы, которые не дают зернам расти, и более крупные частицы для вязкости. Благодаря этому материал стал намного крепче. Прочность на изгиб выросла до 824 МПа, а трещиностойкость - до 7,5 МПа. Это намного лучше, чем у обычного карбида циркония. Зёрна в материале получились мельче 500 нанометров.

Осмотр под микроскопом показал, что кристаллические решетки разных фаз хорошо совмещены. Это помогает напряжению равномерно распределяться по материалу. Все нужные реакции проходят на первом этапе, а второй просто уплотняет заготовку.