Transparente Keramik: Stärker als Gorilla-Glas

Wissenschaftler aus Jülich übertragen innovatives Konzept verstärkter Gläser erstmals erfolgreich. [...]

Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich haben ein neues Beschichtungsverfahren entwickelt, das gezielt die mechanischen und optischen Eigenschaften transparenter Keramiken verbessert. Damit gelang es, den Bruchwiderstand der Keramiken zu verdoppeln. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Spezialschicht aufbringen

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 Jülich-Forscher Olivier Guillon. „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“, weiß Guillon. Der neue Ansatz der funktionellen Beschichtungen soll dieses Problem nun lösen.

„Unser Ziel war es, das Konzept von verstärkten Gläsern erstmals auf transparente Keramiken zu übertragen. Ähnlich wie bei Gorilla-Glas, das in Mobiltelefonen weit verbreitet ist, soll die Oberfläche von transparenten Keramiken durch das Aufbringen einer dünnen Schicht eines anderen Materials stabilisiert werden. Durch dieses als ‚Vorspannen‘ bekannte Verfahren ist eine deutliche Verbesserung sowohl der mechanischen als auch der optischen Eigenschaften zu erwarten“, sagt Guillon.

Anwendungsspektrum groß

Durch ihre besondere Stabilität können transparente Keramiken in vielen 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 bündeln sie das Licht stärker.