Spezielle Kristalle werden unter Stress noch fester

Zementit, eine Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff, zeigt überraschendes Verhalten - Grundlage für Entwicklung neuer hochfester Werkstoffe
Computersimulation von extrem festen Zementitkristallen aus Kohlenstoff- (C) und Eisen-Atomen (Fe)
Computersimulation von extrem festen Zementitkristallen aus Kohlenstoff- (C) und Eisen-Atomen (Fe)
© Los Alamos National Laboratory
Los Alamos (USA) - Wenn spröde Kristalle belastet werden, können sie leicht zerbrechen. Doch das gilt nicht für alle kristallinen Werkstoffe. Ganz im Gegenteil kann eine Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff, Zementit genannt, immer fester werden, je stärker sie unter Druck steht. Dieses Verhalten prognostizierten amerikanische Materialforscher mit Computersimulation, in denen sich das Bindungsverhalten der Atome zueinander offenbarte. Auf dieser Grundlage, über die die Forscher in der Zeitschrift „Nature“ berichten, könnten nun neue Wege zur Synthese extrem fester Materialien gefunden werden.

„Unsere Entdeckung ändert das bisherige Wissen über feste Materialien und wird einen großen Einfluss auf das Design von strukturellen Werkstoffen haben“, sagt Chao Jiang vom Los Alamos National Laboratory. Zusammen mit seinem Kollegen Srivilliputhur G. Srinivasan entwickelte er ein Computerprogramm zur Simulation der atomaren Bindungen in Kristallen. Dabei wurden die möglichen Kristallstrukturen und das quantenmechanische Verhalten der beteiligten Atome berücksichtigt. Die Berechnungen ergaben, dass unter extrem hohen Drücken in der Größenordnung Dutzender Gigapascal die Zementit-Kristalle zusätzliche Querverbindungen zueinander aufbauen können und dadurch an Festigkeit gewinnen. Ein ähnliches Verhalten ergaben die Simulationen auch für eine Carbid-Verbindung mit Aluminium und Bor.

Diese Vorhersagen über eine zunehmende Festigkeit könnten nun in Experimenten überprüft werden. Dazu sind spezielle Hochdruckapparaturen nötig, in denen eine hydraulische Mechanik extrem stark auf ein Material pressen kann. Mit solchen Hydraulikpressen konnte schon das weiche Kohlenstoffmaterial Graphit so stark gepresst werden, dass winzige Diamant-Kristalle entstanden. Sollten diese Experimente gelingen, wäre die Fertigung einer neue Klasse hochfester Werkstoffe vorstellbar.

© Wissenschaft aktuell


 

Home | Über uns | Kontakt | AGB | Impressum | Datenschutzerklärung
© Wissenschaft aktuell & Scientec Internet Applications + Media GmbH, Hamburg