Seit Jahrhunderten verleihen metallische Zusätze Gläsern schillernde Farben oder höhere Stabilität. Amerikanische Materialforscher haben nun eine neue Methode entwickelt, um die Merkmale von Glas mit den widerstandsfähigen Eigenschaften von Aluminiumoxid zu vereinen. Dieses kristalline Material wird von Werkstoffwissenschaftlern sehr geschätzt, da es als ausgesprochen feuerfest, mechanisch stabil und unempfindlich gegen zahlreiche Chemikalien gilt. Ihr neues Herstellungsverfahren extrem fester Aluminiumoxid-Gläser beschreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature (Vol. 430, S. 761).
“Bisher konnten Aluminiumoxid-Gläser nur mit beschränkter Größe von wenigen Milimetern bei sehr schnellen Abkühlungsvorgängen hergestellt werden”, beschreiben Anatoly Rosenflanz und seine Kollegen von dem Unternehmen
3M in Minnesota ihre Herausforderung. Mit ihrem ausgeklügelten Sinterprozess konnten die Forscher solche Gläser erstmals mit Durchmessern von über einem Zentimeter produzieren. Dazu durchmischten sie ein Aluminiumoxid-Pulver mit weiteren Metalloxiden wie Lanthan-, Gadolinium- und Yttriumoxid. In der heißen Flamme eines Wasserstoff-Sauerstoff-Gemischs schmolzen sie dieses Pulver und ließen es schockartig in Wasser zu rund 100 Millionstel Meter kleinen, glasartigen Kügelchen erstarren. Über einen Sinterprozess bei rund 1000 Grad Celsius erhielten die Forscher so transparente Glasrohlinge, in denen sich die nanokristallinen Metalloxide einlagerten.
Dieses Material unterzogen Rosenflanz und Kollegen zahlreichen Analysen. Die Bruchfestigkeit erreicht dabei fast die Werte von purem Aluminiumoxid und stellt damit alle bekannten Gläser auf Siliziumoxid-Basis weit in den Schatten. Mehr als 95 Prozent der Gläser bleiben – wie gewünscht – sogar durchsichtig. Über die Größe der eingelagerten Nanokristalle der Metalloxide konnten die Wissenschaftler sogar den Brechungsindex für Licht kontrollieren.
Die möglichen Anwendungen solcher hochfesten Gläser reichen weit von bruchfesten Sichtfenstern in Chemieanlagen über optimierte Glasfaserkabel bis zu transparenten Bauteilen in Satelliten und Raumtransportern. Ausgehend von ihrem Erfolg mit Aluminiumoxid hoffen die Werkstoffforscher, auch aus anderen Metalloxiden transparente Gläser mit herausragenden Eigenschaften herstellen zu können.
Jan Oliver Löfken
