Neuartige Funktionskeramiken mit erhöhter Risszähigkeit

Keramiken werden aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Härte in vielen industriellen Anwendungen genutzt. Sie besitzen jedoch von Natur aus eine geringe Risszähigkeit. Dies steht vielen Anwendungen entgegen.
Durch die Zugabe einer Verstärkungsphase mit hohem Aspektverhältnis kann die Risszähigkeit erhöht werden. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) besitzen diese Eigenschaft, sie sind jedoch teuer und nur unter hohem Aufwand homogen in keramische Werkstoffe einzubringen.
In einem völlig neuen Ansatz werden CNTs in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators während der Umwandlung eines präkeramischen Polymers in einer polymerabgeleitete Keramik gebildet. Die während der Umwandlung freiwerdenden und mit dem Katalysator in Kontakt kommenden Kohlenwasserstoffe werden genutzt, um CNTs in situ zu bilden. Somit lassen sich CNT-haltige Keramiken unter Umgehung der sonst notwendigen Kohlenwasserstoffe im Prozessgas herstellen. Dieser Prozess kann auch zur Herstellung von CNT-Beschichtungen, z. B. auf Kohlefasern, genutzt werden. Die hohe Porosität dieses Verbundwerkstoffs aus polymerabgeleiteter Keramik und den CNTs nach der ersten Prozessstufe wird anschließend durch feldaktives Sintern weitgehend eliminiert; Vorteil dieses Prozesses ist die kurze Prozesszeit bei hohen Temperaturen, was den Strukturerhalt der CNTs und die Anbindung an die polymerabgeleitete Matrix erlaubt. Daraus resultieren deutlich höhere Risszähigkeiten.