Chinesische Forscher entwickeln bruchfesten Diamanten
Ein Werkstoff, der härter ist als Diamant und trotzdem einem Hammerschlag standhält: Was hinter dem Materialdurchbruch aus China steckt.
Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat einen Diamanten entwickelt, der auch einem kräftigen Hammerschlag standhält, ohne zu zersplittern. Die Ergebnisse wurden im peer-reviewten Fachjournal Nature Synthesis veröffentlicht. Diamant gilt zwar als härtestes natürlich vorkommendes Material der Erde, ist aber zugleich spröde wie Glas und kann bei einem scharfen Schlag brechen. Genau diese Schwachstelle haben die Forscher nun offenbar behoben.
Das Problem der Materialwissenschaft
Härte und Zähigkeit gelten in der Werkstoffkunde traditionell als gegensätzliche Eigenschaften. Ein Material härter zu machen, bedeutet meist, es spröder und damit anfälliger für Brüche zu machen. Umgekehrt verlieren zähere Materialien oft an Härte. Dieses Dilemma beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrzehnten, insbesondere bei Diamant, dessen extreme Härte bislang stets mit struktureller Verletzlichkeit einherging.
Der wissenschaftliche Ansatz
Die Forschungsgruppe konnte laut der Publikation eine Kristallstruktur entwickeln, die beide Eigenschaften gleichzeitig vereint: die Härte von Diamant und eine Zähigkeit, die Brüche auch bei starker mechanischer Belastung verhindert. Details zur genauen Synthesemethode und den beteiligten Instituten wurden im Fachjournal veröffentlicht, das für seine strenge Begutachtung durch unabhängige Experten bekannt ist. Die „South China Morning Post“ berichtete als erstes internationales Medium über die Studie.
Mögliche Anwendungsfelder
Superharte, gleichzeitig bruchsichere Materialien sind für zahlreiche Industriezweige von Interesse. Dazu zählen etwa Schneidwerkzeuge, Bohrköpfe für den Bergbau, Schutzausrüstung sowie Komponenten in der Halbleiterfertigung, wo Präzisionswerkzeuge extremen Belastungen standhalten müssen. Auch in der Raumfahrt- und Verteidigungstechnik werden Materialien mit dieser Kombination aus Härte und Zähigkeit seit Langem gesucht.
Für die europäische Industrie ist die Entwicklung vor allem als Signal relevant, wie stark China inzwischen in der Grundlagenforschung zu neuen Materialien investiert. Österreichische und europäische Unternehmen aus dem Werkzeugbau, etwa in der Steiermark oder Oberösterreich, wo Hartmetall- und Diamantwerkzeuge traditionell eine wichtige Rolle spielen, beobachten technologische Fortschritte bei Superhartstoffen mit Interesse. Sollte sich die neue Kristallstruktur industriell skalieren lassen, könnte dies langfristig auch Lieferketten und Wettbewerbspositionen in der europäischen Präzisionswerkzeugbranche beeinflussen. Bis zur kommerziellen Anwendung dürfte laut Fachleuten aber noch Jahre an weiterer Forschung nötig sein.
Quelle: China – South China Morning Post | Originalartikel