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Stärker als Gorilla-Glas

Sie sind härter als konventionelles Glas und außerordentlich beständig gegen Hitze und korrosive chemische Substanzen: transparente Keramiken gelten daher als vielversprechende Alternative zu glasbasierten Werkstoffen. Wie alle Keramiken sind sie jedoch sehr anfällig für Brüche. Jülicher Wissenschaftler forschen deshalb an einem innovativen Beschichtungsverfahren, das gezielt die mechanischen und optischen Eigenschaften transparenter Keramiken verbessern kann. Damit gelang es ihnen den Bruchwiderstand der Keramiken zu verdoppeln. Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichten sie in der renommierten Fachzeitschrift Scientific Reports.

Durch ihre besondere Stabilität können transparente Keramiken in Bereichen genutzt werden, in denen herkömmliches Glas an seine Grenzen stößt, etwa in der Industrie als kratz- und hitzebeständige Sichtfenster in Hochtemperaturöfen. Da sie zudem für kurz- und langwellige Strahlung durchlässig sind, eignen sie sich gut für Linsen in der Ultraviolett-Lithografie oder Sensoren für Infrarot-Bildgebung. Sie sind außerdem interessant für Kameras und Smartphones – als Material für optische Linsen. Durch ihren hohen Brechungsindex sind sie in der Lage, das Licht stärker zu bündeln. Solche Linsen können dadurch dünner ausgeführt werden, wodurch sich Kamerakomponenten leichter miniaturisieren ließen.

Kleinste Oberflächendefekte machen Probleme

Transparente Keramiken haben einzigartige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten – ihre Herstellung ist jedoch schwierig. Sie erfordert hohe Temperaturen und genau definierte Bedingungen, da ansonsten Defekte im Material auftreten können. "Das macht die Produktion dieser Werkstoffe nicht nur teurer als die von Gläsern und Glaskeramiken", erklärt Prof. Dr. Olivier Guillon, Leiter des Bereichs Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. "Aufgrund der Defekte liegen auch die Festigkeitswerte oft weit unter den theoretisch möglichen Grenzen." Besonders kritisch sind Materialfehler in der Nähe ihrer Oberfläche. "Schon kleinste Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche können dazu führen, dass Risse entstehen, die sich bei bestimmten Belastungen – etwa beim Biegen – erweitern, so dass das Bauteil bricht."

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