Durham / San Diego – Forscher der Duke University und der University of California haben ein Material entwickelt, das extrem hart ist und hohe Temperaturen aushält. Es handelt sich um ein Carbid, das neben Kohlenstoff mehrere Metalle enthält, darunter Niob, Tantal, Molybdän, Titan, Wolfram, Vanadium und Zirkonium. Diese Atome bilden kein Kristallgitter, sie sind wirr angeordnet und damit amorph.
Härter als übliche Carbide
«Dieses Material ist härter und leichter als übliche Carbide. Ausserdem hat es einen sehr hohen Schmelzpunkt und besteht aus relativ preiswerten Rohstoffen», so Duke-Forscher Stefano Curtarolo. Es lasse sich beispielsweise als Beschichtung für Werkzeuge wie Bohrer und Meissel einsetzen, um die Lebensdauer zu verlängern. Auch in der Raumfahrt könne es genutzt werden, eben wegen der Hitzebeständigkeit.
Laut Curtarolo gibt es bereits einige komplexere Carbide, doch sie existierten nur in Laboren. Industrielle Anwendungen gebe es nicht, da es schwierig sei, Kombinationen zu finden, die stabil sind. Das Team hat die Materialien entwickelt und ihre Struktur per Computersimulation getestet. Darauf aufbauend wurden die Materialien in San Diego hergestellt.
Kristalle bestehen aus Atomen oder Molekülen, die nach strengen Prinzipien angeordnet sind. Kristallfehler führen manchmal dazu, dass das Material härter wird. Sie können auch verhindern, dass Risse sich ausbreiten. Die neuen Carbide haben keine Kristallfehler. Die Forscher haben die Atome gezielt in Unordnung gebracht. Per Computersimulation fanden sie die besten Materialkombinationen. Das ging weit schneller und kostete erheblich weniger als die übliche experimentelle Methode.
Forscher erwarten Weltrekord
Ein Team um Kenneth Vecchio in San Diego mischte die pulverisierten Materialien durch und presste sie bei einer Temperatur von rund 2.200 Grad Celsius zusammen. Gleichzeitig leiteten die Forscher einen Strom mit der Stärke von 2.000 Ampere ein. Dem Erfolg sei ein langer Lernprozess vorausgegangen, so Vecchios Doktorand Tyler Harrington.
Das vielversprechendste Carbid enthält neben Kohlenstoff Molybdän, Niob, Tantal, Vanadium und Wolfram. Welche Eigenschaften es im Detail hat, müssen die US-Wissenschaftler erst noch herausfinden. «Ich würde mich nicht wundern, wenn es das härteste Material mit dem höchsten Schmelzpunkt wäre, das je geschaffen wurde», sagt Curtarolo abschliessend. (pte/mc/ps)