Paradoxerweise machen feine, verästelte Risse spröde Keramik-Werkstoffe besonders zäh und damit besonders widerstandsfähig gegen plötzliche Beanspruchungen etwa durch Schlag oder Hitze. Diesen merkwürdigen Sachverhalt erkannte und nutzte Dr. Nils Claussen am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart.

Im Gegensatz zu Metallen, in deren Kristallgitter Mechanismen bestehen, die den größten Teil von Materialbelastungen „schlucken“ können, gibt es in den Keramiken solche energieabsorbierenden Strukturen kaum. Darum führen vor allem schockartige Belastungen an den im Material stets vorhandenen Unregelmäßigkeiten zu Rissen, die sich ungehindert ausbreiten und schließlich zum Bruch führen.

Claussen und seine Mitarbeiter untersuchten solche Brüche und bemerkten, daß sie in der Regel nicht geradlinig verlaufen, sondern jeweils an den Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur umdirigiert werden. Jede dieser „Umleitungen“ aber verbraucht Energie, bremst also deshalb die Rißfortpflanzung.

Diese Erkenntnis nutzten die Wissenschaftler aus. Sie versahen Keramikmaterial mit zusätzlichen künstlichen Unregelmäßigkeiten, um möglichen Rissen die Arbeit schwerzumachen. Solche Unregelmäßigkeiten sind zum Beispiel haarfeine, unzusammenhängende Risse, die an der Festigkeit des Materials nichts ändern.

Feinrissiges Keramikmaterial stellten die Stuttgarter Forscher aus Aluminiumoxid her, in das sie winzige Teilchen aus verschiedenen Zirkoniumoxiden einlagerten. Wegen ihrer starken Ausdehnung wirken diese gewollten Verunreinigungen wie kleine Sprengsätze, wenn das Material auf tausend Grad erhitzt wird. Die Folge dieser Mikrosprengungen sind die erwünschten unregelmäßigen Haarrisse.

Tatsächlich wurden an dem Max-Planck-Institut auf diese Weise Keramikwerkstoffe hergestellt, deren Festigkeitswerte denen der Hartmetalle nicht nachstehen. Keramik hat gegenüber Metallen bei technischen Verwendungen den Vorteil, besonders hitzebeständig zu sein. Darum wird schon seit geraumer Zeit nach beruchsicheren Keramikwerkstoffen für Gasturbinen gefahndet. V. G.