Materialforschung Schocktherapie härtet Metall
"Was mich nicht umbringt, macht mich stärker", schrieb einst Friedrich Nietzsche. Aus Sicht der Metallkörnchen, die amerikanische und Schweizer Forscher nun im Labor mit Laser traktierten, könnte man auch sagen: Was uns nicht zerstört, macht uns härter.
Die Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory hatten eine Kupferplatte mit intensiven Laserpulsen beschossen. Die ausgelöste Schockwelle erzeugte zusätzliche Defekte im Kristallgefüge des Kupfers, die sich ineinander verhakten und damit das Material fester und härter machten, berichtet das Team von Eduardo Bringa im Magazin "Science" (Bd. 309, S. 1838).
Metalle bestehen aus unzähligen kristallinen Körnern, deren Durchmesser von einem tausendstel bis zu einem millionstel Millimeter beträgt. Diese kleinen Kristallkörner sind nicht perfekt, sondern haben Störungen in ihrem regelmäßigen Aufbau. Durch das Verbiegen des Metalls wandern diese Defekte an die Oberfläche der einzelnen Körner. Wird die Kornoberfläche erreicht, ist dort ein weiteres Verbiegen nicht möglich.
Materialforscher haben bislang durch eine Verringerung des Korndurchmessers die Härte des Gesamtmaterials erhöht: Die Defekte kommen damit schneller an die Kornoberfläche. Dadurch ist auch die Verbiegung schneller gestoppt und das Material ist härter. Bei weiterer Verringerung des Korndurchmessers nimmt die Härte des Materials jedoch wieder ab: Dann beginnen die einzelnen Körner unter den inneren Spannungen selbst zu wandern.
Durch die neue Schockmethode werden aber zusätzliche Defekte in Form von Kanten auf den Oberflächen der Körner erzeugt, so dass diese sich untereinander verhaken. Das Material bleibt daher hart. In ihren Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass mit jedem Laserpuls das Kupfer um 10 bis 20 Prozent härter wird. Bislang konnten die Wissenschaftler auf diese Weise allerdings nur Materialmengen von einem Kubikmillimeter härten.
Im Flugzeugbau, im Reaktorbau und im militärischen Einsatz sehen die Forscher eine Verwendung der neuen, besonders harten Materialien. Allerdings bestehen unter Wissenschaftlern noch Zweifel, ob sich die Ergebnisse auf eine industrielle Fertigung übertragen lassen.
