Keramiken halten enorm hohe Temperaturen aus, sind aber spröde und brechen schnell. Wissenschafter suchen schon seit langem nach einem keramischen Werkstoff, der ähnlich zäh wie Holz ist. Forscher der Montanuniuversität Leoben um Reinhard Simon haben jetzt ein neues Material entwickelt, das die Eigenschaften von Keramik und Holz auf ideale Weise kombiniert.
Tatsächlich hat sich der junge Wissenschafter die „Schadenstoleranz“ des neuen Werkstoffes vom Holz „abgeschaut“. Die neue Keramik ist durchzogen von Fasern, die wie bei Textilien miteinander verwoben sind. Simon entwickelte eine im Nano-Bereich strukturierte Matrix, die rund um die Fasern angelegt wird und die für die Zähigkeit des Materials zuständig ist. Durch die Einstellung einer fein verteilten Porosität in der Matrix ist es gelungen, dass der neue Werkstoff sowohl mechanisch als auch thermisch deutlich belastbarer ist. Aufgrund der hohen Zähigkeit kann diese Keramik wie Holz genagelt werden.
Einsatz in Gasturbinen und als Hitzeschutz für Raumfahrzeuge
Gegenüber ähnlichen Verbundwerkstoffen weist die neue Keramik eine deutlich verbesserte Festigkeit und Bruchdehnung sowie eine um 150°C erhöhte Hitzebeständigkeit auf. Insgesamt hält die Keramik nun Temperaturen bis zu 1500°C aus. Diese sogenannten Oxid/Oxid-Verbundwerkstoffe lassen sich daher besonders in Brennkammern von Gasturbinen oder als Thermalschutz von Raumfahrzeugen einsetzen. Metallische Superlegierungen in Gasturbinen, deren Einsatztemperatur nicht mehr zu erhöhen ist, können durch die neue Keramik ersetzt werden.
Die Keramik zeichnet sich durch weitere Verbesserungen aus. Da die Herstellung ähnlich wie bei faserverstärkten Kunststoffen erfolgt, verbilligt sich der Produktionsprozess entscheidend.
Zusammenarbeit mit DaimlerChrysler Forschung und Technologie
Die Entwicklungsarbeit führte Reinhard Simon, der seine Doktorarbeit am Leobener Institut für Struktur- und Funktionskeramik einreichte, bei der DaimlerChrysler Forschung und Technologie durch. Seit einem Jahr ist Simon am Werkstoffkompetenzzentrum Leoben – MCL (Materials Center Leoben) angestellt. Die erfolgreiche Arbeit an der neuen Keramik ist der Startschuss für den Aufbau einer Arbeitsgruppe am MCL, die sich – zusammen mit Industriepartnern – um die Anwendung und Weiterentwicklung dieses Werkstoffes kümmern soll.
(Montanuniuversität Leoben, 30.09.2004 – DLO)
