Forscher entwickeln biegsame Keramik zum Aufsprühen

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Metall oder Keramik – diese Frage stellen sich Ingenieure oft, um den richtigen Werkstoff für Turbinen, Rotoren, Zyklone oder Antriebswellen zu finden. Wenn der Abrieb so gering wie möglich, oder ein Werkstück Strom nicht leiten sein soll, auch bei hohen Temperaturen, ist der Einsatz von Keramik gefordert. Andererseits dürfen die wenigsten Werkteile ganz starr sein; bei Belastungen müssen sie auch Biegebewegungen standhalten, ohne dabei zu zerbrechen –das spricht für Metall. Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken haben nun über ein ungewöhnliches Verfahren eine Beschichtung entwickelt, die beides kann: Sie verhält sich wie eine Keramik und bleibt dabei trotzdem biegsam.

Diese Ergebnisse stellen die Entwickler auf der internationalen Fachmesse für Werkstoffanwendungen, Oberflächen und Product Engineering, Materialica 2012, in München vor.

„Auf ein Metall eine keramische Beschichtung aufzubringen, ist die Methode der Wahl, um die Vorteile von Metall und Keramik zu kombinieren“, erklärt Carsten Becker-Willinger, Leiter der Forschungsgruppe Nanomere. „Zumeist werden solche Keramiken bei zirka 1200 Grad Celsius gehärtet und gesintert, also verdichtet. Dabei sind die Keramiken zwar sehr kompakt und abriebfest, aber eben auch sehr bruchempfindlich“, erklärt der Experte für Nanotechnologie weiter.

Deshalb haben die Forscher einen anderen Produktionsweg gewählt: Über Beschichtungstechniken wie Tauchen oder Sprühen, die man normalerweise für Kunststoffbeschichtungen wählt, ist es ihnen gelungen, eine anorganische, eben keramische Beschichtung aus Siliziumoxid und Siliziumcarbid herzustellen. „Über diesen sogenannten nasschemischen Weg genügten schon zirka 400 bis 500 Grad Celsius, um die Beschichtung auszuhärten. Dennoch ließe sie sich auch bei deutlich höheren Temperaturen einsetzen.

„Selbst wenn wir ein so beschichtetes Metall um 180 Grad um einen Dorn biegen oder eine 500 Gramm schwere Stahlkugel aus einem Meter Höhe darauf fallen lassen, sind keine Risse oder Bruchstellen zu erkennen“, sagt der Chemiker Becker-Willinger. Auch die elektrisch isolierende Wirkung der Beschichtung bliebe im gebogenen Zustand erhalten, da sich ohne Risse auch keine leitfähigen Brücken ausbilden könnten.

Zurzeit ist das Basismaterial für eine derartige Beschichtung im Labormaßstab am INM verfügbar. Es eignet sich beispielsweise für die Beschichtung von Stahl, Edelstahl, Titan und Titanlegierungen. Über Industriekooperationen wollen die Forscher zukünftig das Material, auf Anwendungen im Maschinen-, Schiffs- und Stahlbau, für Energiesysteme sowie in der Automobil- und Luftfahrtindustrie passgenau zuschneiden.

Daneben zeigt das INM vom 23. bis zum 25. Oktober in Halle B1 am Stand 114 weitere Exponate zu den Themen transparente, leitfähige Schichten, antireflexive Schichten für Solarpanele, sowie zum Korrosions- und Reibungsschutz.

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