Flash-Sintern macht Keramik unkaputtbar

So verformt sich die neue Keramik unter Druck.

Bild: purdue.edu

Ein elektrisches Feld könnte dafür sorgen, dass Keramik nicht mehr in unzählige Stücke zerfällt, wenn sie einem plötzlichen heftigen Schlag ausgesetzt wird oder einfach zu Boden fällt. Forscher der Purdue University haben ein Verfahren entwickelt, ohne dass Keramik ihre Hitzebeständigkeit verliert. Der Prozess ist unter der Bezeichnung Flash-Sintern im elektrischen Feld bekannt.

Bauteile aus Titandioxid

Keramiken werden aus einer pastösen Masse hergestellt. Sie wird in Form gebracht, etwa in die einer hitzebeständigen Kachel. Fest wird sie durch Sintern, also durch hohe Temperaturen in einem Brennofen. Experte Haiyan Wang lässt den Sinterprozess in einem elektrischen Wechselfeld ablaufen. "Wir konnten zeigen, dass Keramiken, die auf diese Weise hergestellt werden, sich plastisch verformen, wenn sie einer großen Kraft ausgesetzt werden", meint Wang. Mit seinem Team stellte er Bauteile aus Titandioxid her.

Verantwortlich für die überraschende neue Eigenschaft von Keramik sind Nanotwins - winzige lineare Grenzen im Atomgitter, die auf beiden Seiten identische kristalline Strukturen aufweisen. Bisher wurde diese Technik lediglich bei Metallen angewandt, um diesen eine höhere Festigkeit zu verleihen. Das elektrische Feld sorgt dafür, dass sich auch in den Keramiken Nanotwins ausbilden. Hier hätten sie jedoch eine andere Wirkung, sagt Jin Li, der zum Team gehört. Sie sorgen für Plastizität. In normal gesinterten Keramiken befänden sich Fehlstellen, die sie spröde machen.

Keramik für Autos und Waffen

"Unsere Ergebnisse sind bedeutsam, weil sie die Tür zu einer veränderten Keramiknutzung öffnen", verdeutlicht Li. Die Bauteile seien hoch belastbar und temperaturbeständig, jedoch gegen Sprödbrüche gefeit. Xinghang Zhang, Professor für Materialwissenschaften und Mitglied im Entwickler-Team, sieht eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten. Er denkt an Bauteile für Kernreaktoren, Waffen und Autos.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens