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Materialforschung Forscher entwickeln biegsame Keramik zum Aufsprühen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Eine Keramikbeschichtung die nicht nur abriebfest ist, sondern bei Belastungen auch Biegebewegungen standhalten kann, ohne dabei zu zerbrechen – Forscher am Leibniz-Institut für Neue Materialien haben so ein Material entwickelt. Die Beschichtung verhält sich einerseits wie eine Keramik, besitzt gleichzeitig aber auch Metalleigenschaften.

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Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben eine Materialbeschichtung entwickelt, die sich wie biegsame Keramik verhält.
Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien haben eine Materialbeschichtung entwickelt, die sich wie biegsame Keramik verhält.
(Bild: INM)

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

„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.

Keine Risse oder Bruchstellen

„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- und Stahlbau, für Energiesysteme sowie in der Automobilindustrie passgenau zuschneiden.

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