Eigentlich besitzen Rasierklingen alle Voraussetzungen, um ein so weiches Material wie das menschliche Haar leicht und ohne Folgen durchschneiden zu können. Denn ihre Schneide besteht aus einem kohlenstoffhaltigeren Edelstahl, dessen geschichtete Mikrostruktur, der sogenannte Lattenmartensit, ihn besonders hart macht. An der Rasierklingenschneide liegt darüber ein noch härterer Kohlenstoffüberzug, der von einer dünnen, reibungshemmenden Polymerschicht abgeschlossen wird. Und doch hilft das alles wenig: Nach einiger Zeit des Rasierens wird die Rasierklinge unweigerlich stumpf und auch Küchenmesser verlieren mit der Zeit ihre Schärfe – selbst, wenn man nicht viel mehr als Käse oder Kartoffeln mit ihnen geschnitten hat. “Es ist wirklich erstaunlich, dass man etwas Weiches wie ein menschliches Haar mit etwas sehr Hartem wie dem Stahl schneiden kann und trotzdem gibt der Stahl nach”, sagt Seniorautor Cem Tasan vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.
Rasierklingen im Elektronenmikroskop
Was hinter diesem paradoxen Versagen der Rasierklinge steckt, haben er und seine Kollegen nun in Experimenten näher untersucht. Dafür machte Erstautor Gianluca Roscioli zunächst einen Selbstversuch: Er nutzte eine neue Rasierklinge und rasierte sich damit mehrmals – so lang bis die Schneide stumpf wurde. Nach jedem Durchgang untersuchte er die Klinge im Elektronenmikroskop. Zu seiner Überraschung zeigte sich dabei nur wenig Abnutzung der Schneide in Form eines Runderwerdens und Abschleifens der scharfen Kante. Stattdessen wies die Schneide nach einiger Zeit immer mehr kleine Risse und Kerben auf. “Diese Mikrorisse breiteten sich zunächst senkrecht zur Kante aus, bevor sie dann ihre Richtung änderten und im Bogen zurückführten – dadurch entstand die Geometrie der Abplatzungen”, berichten Roscioli und seine Kollegen. Die Aufnahmen enthüllten zudem, dass sich der Martensitstahl unmittelbar vor dem Brechen verformte, während der harte, spröde Überzug sofort einriss.
Um der Ursache der Mikrokerben auf die Spur zu kommen, führten die Wissenschaftler anschließend standardisierte Versuche durch, bei denen sie Haare verschiedener Durchmesser und in unterschiedlichen Winkeln im Elektronenmikroskop an eine fest eingespannte Rasierklinge heranführten und zerschnitten. Ähnlich wie bei Bart- oder Achselharen waren die Haare auch am unteren Ende befestigt, oben aber frei beweglich. “Wir wollten wissen, unter welchen Bedingungen dieses Abplatzen stattfindet und was es braucht es, um den Stahl zum Nachgeben zu bringen”, erklärt Tasan. Auch warum die winzigen Kerben nur an einigen Stellen der Schneide aufzutreten schienen, wollten die Forscher so herausfinden.
Drei Faktoren sind entscheidend
Es zeigte sich: Schneidet die Klinge das Haar genau im rechten Winkel, bleibt sie intakt. “In diesen Fällen haben wir weder eine Verformung der Schneide noch ein Abplatzen beobachtet”, berichten die Wissenschaftler. “Doch wenn wir eine realistische Situation nachstellten und die Schneide um 21 Grad neigten, führte dies zu einer plastischen Verformung und Kerben an mehreren Stellen.” Die Dicke des Haares oder die Zahl der Haare spielte dagegen kaum eine Rolle. Dafür kam ein weiterer Faktor ins Spiel: Wie die Forscher beobachteten, traten die Mikrorisse vor allem dort auf, wo die Ränder des Haares auf die Schneide trafen. “Dadurch kann ein einzelnes Haar zwei Kerben in einer Schneide verursachen – jede von ihnen beginnt an einer der beiden Seiten des Haares”, so Roscioli und seine Kollegen. Nähere Analysen enthüllten, dass dies immer dann auftritt, wenn die Kante des Haares auf eine der weicheren Stellen in der Mikrostruktur des Stahls trifft.
