Materialforschung Keramik wird zum Formgedächtnismaterial

Von Sebastian Hofmann

Forschende aus Deutschland und den USA haben erforscht, wie sich Formgedächtnismaterialien aus Keramik herstellen lassen. Dazu entwickelten sie ein spezielles Materialgemisch.

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Bei der Abkühlung durchlaufen die Formgedächtniskeramiken die Phasenumwandlung von einer tetragonalen zu einer monoklinen Kristallstruktur und zerfallen(a). Der untere Teil (b) zeigt einen gelingende Umwandlung.
Bei der Abkühlung durchlaufen die Formgedächtniskeramiken die Phasenumwandlung von einer tetragonalen zu einer monoklinen Kristallstruktur und zerfallen(a). Der untere Teil (b) zeigt einen gelingende Umwandlung.
(Bild: Jascha Rohmer)

Die verwendete Keramik wurde durch ein klassisches Sinterverfahren hergestellt. Hierbei bestimmt die Zusammensetzung des anfänglichen oxidischen Pulvers maßgeblich die Eigenschaften des resultierenden Festkörpers. Die Forschenden wandelten diese so ab, dass sich die Abstände zwischen der Atomen änderten, um den Materialien einen reibungslosen Übergang zwischen verschiedenen Phasen auf struktureller Ebene zu ermöglichen.

Bei einer speziellen Zusammensetzung konnten sie eine reversible Umwandlung beobachten, bei der das keramische Material problemlos zwischen zwei Phasen hin- und herwechselte, ähnlich wie bei einem Formgedächtnismaterial. Die mathematischen Bedingungen, unter denen eine solche Umwandlung auftritt, ließen sich breit anwenden und könnten einen Weg darstellen, verformbare Formgedächtnismaterialien herzustellen, so die Wissenschaftler.

Einsatzgebiete für Formgedächtniskeramik

Bis zur praxisnahen Anwendung sei es allerdings noch ein weiter Weg, betonen die Projektpartner, dazu brauche es weitere Forschungen an anderen keramischen und oxidischen Materialsystemen. Denkbar sei dann ein Einsatz des neuen Werkstoffs als Aktuator unter anspruchsvollen chemischen Bedingungen, da dieser im Unterschied zu metallischen Formgedächtnismaterialien nicht korrodieren kann.

Ebenso möglich sei eine Verwendung im Bereich der thermischen Isolation, erklären die Wissenschaftler weiter. Hier würden zwar bereits vielseitig Keramiken genutzt, spannungsarme Materialien erlaubten jedoch zusätzliche Verformbarkeit, die bei klassischen Bauteilen bereits zu Materialversagen führen würden.

Beteiligt an dem Projekt waren Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, des Leibnitz-Instituts für Oberflächentechnik in Leipzig und der University of Minnesota.

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