Materialwissenschaft: Keramik zum Aufsprühen

Es gibt beliebig harte Werkstoffe und es gibt beliebig formbare Materialien. Eine Kombination aus beiden ist hingegen schwierig, wäre aber bei vielen technischen Anwendungen umso gewünschter. Beispielsweise für Bauteile in Flugzeugtriebwerken, die einerseits extrem verschleiß- und hitzefest, also hart, sein müssen, andererseits eine gewisse Flexibilität und Verformbarkeit gegenüber mechanischen Belastungen erfordern, damit sie nicht sofort brechen.

Carsten Becker-Willinger und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken sind dem alten Ingenieurs-Traum nun sehr nahe gekommen: Die Wissenschaftler haben eine Beschichtung entwickelt, die sich wie eine Keramik verhält und dabei trotzdem so biegsam wie Metall bleibt.

Dazu kombinierten sie harte Keramikpartikel aus Siliziumcarbid mit einem formbaren Bindemittel auf Basis von Siliziumoxid. Anders als bislang bekannte Keramikschichten muss das neue Kombi-Material nicht aufwändig in Vakuumkammern aufgetragen werden oder bei rund 1200 Grad aushärten. Es wird einfach auf das gewünschte Bauteil aufgesprüht und härtet bei vergleichsweise milden 500 Grad aus.

"Das macht die Beschichtung zusätzlich flexibler, ist schneller als bisherige Verfahren und spart dazu noch Energie", so Becker-Willinger. Die Entwickler testeten das so beschichtete Metall, indem sie es zunächst u-förmig um einen Dorn bogen und eine 500 Gramm schwere Stahlkugel aus einem Meter Höhe darauf fallen ließen. Es traten keinerlei Risse oder Bruchstellen auf.

Auch die elektrisch isolierende Wirkung der nur wenige Mikrometer dünnen Beschichtung bliebe nach den Belastungstests erhalten, da sich ohne Risse keine leitfähigen Brücken ausbilden könnten, berichtet das Team. Die Forscher wollen nun an verschiedenen Varianten der Schutzschicht arbeiten, um sie an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. In rund zwei Jahren könnten ihre maßgeschneiderten Sprüh-Schichten erstmals zum Einsatz kommen, so Becker-Willinger.