Transparente Keramik

Transparente Keramiken haben einzigartige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten – ihre Herstellung ist jedoch schwierig. Sie erfordert hohe Temperaturen und genau definierte Bedingungen, da ansonsten Defekte im Material auftreten können.

Besonders kritisch sind Materialfehler in der Nähe ihrer Oberfläche. Schon kleinste Unregelmäßigkeiten verursachen Risse die sich bei bestimmten Belastungen – etwa beim Biegen – erweitern, sodass das Bauteil bricht. Der neue Ansatz der funktionellen Beschichtungen soll dieses Problem nun lösen. Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich haben ein neues Beschichtungsverfahren entwickelt, das gezielt die mechanischen und optischen Eigenschaften transparenter Keramiken verbessert. Damit gelang es, den Bruchwiderstand der Keramiken zu verdoppeln. 

Mit Yttriumdioxid beschichtetes Zirkondioxid. Foto: Forschungszentrum Jülich / Hiltrud Moitroux

Ähnlich wie bei Gorilla-Glas, das in Mobiltelefonen weit verbreitet ist, soll die Oberfläche von transparenten Keramiken durch das Aufbringen einer dünnen Schicht eines anderen Materials stabilisiert werden. Durch dieses als „Vorspannen“ bekannte Verfahren ist eine deutliche Verbesserung sowohl der mechanischen als auch der optischen Eigenschaften zu erwarten.

Durch ihre besondere Stabilität können transparente Keramiken in vielen Bereichen genutzt werden, in denen herkömmliches Glas an seine Grenzen stößt. Da sie zudem für kurz- und langwellige Strahlung durchlässig sind, eignen sie sich gut für Linsen in der Ultraviolett-Lithografie oder Sensoren für Infrarot-Bildgebung. Sie sind außerdem interessant für Kameras und Smartphones – als Material für optische Linsen. Durch ihren hohen Brechungsindex bündeln sie das Licht stärker.

Text: Peter Reischer