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Superharte Fenster aus transparenter Keramik

Superharte Fenster aus transparenter Keramik

Mit Durchblick

Bildquelle: Desy

Forscher haben bei Desy ein superhartes Fenster aus einer weit verbreiteten Industriekeramik hergestellt. Es ist das erste durchsichtige Werkstück aus Siliziumnitrid, wie das japanischdeutsche Team im Fachblatt „Scientific Reports“ berichtet.
Kubisches Siliziumnitrid bildet sich unter hohem Druck und ist die dritthärteste Nanokeramik nach Diamant, kann aber wesentlich höheren Temperaturen standhalten. „Siliziumnitrid ist eine sehr beliebte Keramik in der Industrie“, erläutert Desy-Forschungsleiter Dr. Norimasa Nishiyama. „Es wird vor allem für Kugellager, Schneidwerkzeuge und Motorteile in der Auto- und Flugzeugindustrie verwendet.“ Der keramische Werkstoff ist extrem stabil, da die Silizium-Stickstoff-Bindung sehr stark ist. Unter Normalbedingungen besitzt Siliziumnitrid eine hexagonale Kristallstruktur, und gesinterte Werkstücke aus diesem Material sind nicht durchsichtig.
Bei einem Druck von mehr als 13 GPa verändert sich die Kristallstruktur von Siliziumnitrid zu einer kubischen Symmetrie, die Experten als Spinell-Typ bezeichnen. „Die kubische Variante von Siliziumnitrid ist erstmals 1999 von einer Forschergruppe an der TU Darmstadt erzeugt worden, aber das Wissen über dieses Material ist noch sehr begrenzt“, sagt Nishiyama. Sein Team nutzte eine Hochdruckpresse, um hexagonales Siliziumnitrid einem Druck von 15,6 GPa und einer Temperatur von 1800 °C auszusetzen. Dabei entstand ein durchsichtiges Stück kubisches Siliziumnitrid (c-Si3N4) mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm. „Es handelt sich um die erste transparente Probe dieses Materials“, betont Nishiyama.

 

 

 

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