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06.07.2009: Wenn es richtig heiß wird, sind Keramiken das Material der Wahl.
Beschichtungen aus Keramiken schützen Bauteile von Flugzeugantrieben
oder Kraftwerksturbinen vor Hitze. Doch bislang ist auch mit den besten
Keramiken bei 1.200 Grad Celsius Schluss: Bei einer solchen Temperatur
versagt selbst die widerstandsfähigste Schutzschicht. Doch die
Turbinenhersteller wollen mehr, um die Betriebstemperatur weiter
erhöhen. Denn je größer sie ist, desto effizienter wird der Treibstoff genutzt.
Es sieht ganz so aus, als könnte dieser Wunsch bald Wirklichkeit werden.
Forscher vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart haben
nämlich einen neuen Typ leichter und sehr stabiler Keramiken entwickelt, der
sogar 1.400 und mehr Grad trotzt. Die Wissenschaftler um Martin Jansen, Direktor
der Abteilung anorganische Festkörperchemie, haben sich dazu von
herkömmlichen Keramiken verabschiedet. Für gewöhnlich bestehen Keramiken
aus einem sehr regelmäßigen Kristall, in dem die Atome fein säuberlich geordnet,
ein symmetrisches Gitter aufbauen. Ein solcher Kristall kann unerhört stabil sein.
Ist die Belastung aber zu hoch, bricht er unversehens. Einer der Gründe:
Ausgehend von einem Gitterfehler breitet sich ein Riss entlang der regelmäßigen
Gitterebenen rasend schnell durch den ganzen Kristall aus.
In Jansens Keramik hingegen sitzen die Atome in einem bunten Durcheinander
- die Keramik ist amorph. Hier gibt es keine Gitterebenen und damit keine
Expressroute für die Rissausbreitung. Für seine Keramik hat Jansen die Elemente
Silicium, Bor, Stickstoff und Kohlenstoff ausgesucht, die untereinander
besonders feste chemische Bindungen eingehen. Zudem binden diese Atome
mindestens drei Nachbaratome, was das amorphe Netzwerk besonders stabil
macht. Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesforschungsministerium und
von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Auf der gegenwärtigen Entwicklungsstufe, die auf die Industrialisierung des
neuen Werkstoffs abzielt, sind weitere Forschungsinstitute und mehrere
Industriepartner eingebunden. Ein wichtiger Partner ist das Fraunhofer-Institut
für Silicatforschung in Würzburg. Dort wurde eine Pilotanlage installiert, in der
die Vorstufe der Keramik bereits in Zentnermengen hergestellt und zu
keramischen Fasern verarbeitet wird - ein wichtiger Schritt zum industriellen
Einsatz. "Der Werkstoff wird sicherlich ein Erfolg", sagt Martin Jansen. Dafür
spricht nicht zuletzt, dass sich die Keramik zu verschiedenen Produkten
verarbeiten lässt - zu Beschichtungen für Flugzeug- und Kraftwerksturbinen
sowie Verbrennungskammern ebenso wie zu massiven Bauteilen oder auch zu Keramikfasern für
Verbundwerkstoffe.
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