In der Antike war eines der wichtigsten Exportgüter der Griechen Keramik. Aus gutem Grund. Keramik ist äußerst hitzebeständig, stabil und reagiert nur mit wenigen Chemikalien. Auch heute noch nimmt es in der Industrie eine bedeutende Rolle ein. Zahlreiche wichtige Bauteile werden aus Keramik hergestellt, weil die positiven Eigenschaften des Werkstoffs im Verhältnis zu dessen Preis einfach unschlagbar sind. Leider gab es bisher eine kleine Schwachstelle: Keramik lässt sich nicht reparieren, wenn es einmal beschädigt oder gebrochen ist. Mit Hilfe neuer technischer Verfahren könnte sich das nun ändern.
Wieso sich Keramik jetzt schweißen lässt
In der Industrie gehört das Laserschweißen heutzutage zum Standardverfahren für Bauteile aus Stahl und Kunststoff, wie zum Beispiel in der Laserfertigung bei Nutech. Bei Keramik jedoch gab es beim Versuch es zu schweißen bisher immer Probleme, wenn es mit einem kontinuierlichen Dauer-Laserstrahl bearbeitet wurde. Ursache dafür war, dass an der zu schweißenden Bruchstelle die Temperatur so stark angestiegen ist, dass der Unterschied zum umliegenden Material einfach zu groß wurde.
Sprünge, Risse und weitere Brüche waren die Folge. Dieser Umstand gilt als sehr bedauerlich, denn Schäden in der Keramik führen meist dazu, dass Teile komplett ausgetauscht werden müssen. Je nach Bauart des Objektes kann das richtig teuer werden. Vor allem dann, wenn es eine Spezialanfertigung gewesen ist. Es bestünde die Möglichkeit es nochmals in den Brenn-Ofen zu legen, doch dann würden alle darin enthaltenen Komponenten mit verbrennen. Nicht gerade die beste Lösung. Auch im privaten Bereich ist die Folge gravierend. Bricht zum Beispiel im Bad eine Fliese, dann muss sie herausgeschlagen und ersetzt werden. Doch nicht jeder kann Ersatzfliesen über viele Jahre aufheben.
Gute Nachrichten gibt es nun aus dem Labor von Forscher Javier Garay von der Universität in San Diego, Kalifornien. Mit seinem Team probierte er ein neues Verfahren aus, welches hoffnungsvolle Resultate zeigt. Die Forscher verwendeten einen Infrarot-Kurzpulslaser, anstatt den Stoff dauerhaft zu bestrahlen. Kurzpuls bedeutet in dem Fall, das mit einer Dauer von Femtosekunden (= zehn hoch minus 15) bis Pikosekunden (= zehn hoch minus 12) gearbeitet wurde. Letztere führten zu den besten Ergebnissen. Bei einer Frequenz von einem Megahertz, reichten in den Untersuchungen 2.500 bis 250.000 solcher Pulse dazu aus, um unterschiedliche Werkstücke aus Keramik per Schweißnaht stabil miteinander zu verbinden. Natürlich wurden die Nahten im Labor unter Vakuum getestet. Alle waren waren absolut dicht.
Basierend auf dieser Technologie, könnten irgendwann Roboter mit einem entsprechenden Schweißarm ausgestattet werden. Interessant ist die Methode deshalb, weil mit dem Verfahren nun wesentlich stabilere Gehäuse für elektrische Geräte aus Keramik hergestellt werden könnten. Die Idee vom Smartphone in der Keramikhülle klingt ab jetzt nicht mehr komplett abwegig. Man darf also gespannt sein, wie sich die Technologie weiter entwickelt.