Moderne Hochleistungskeramiken – amorphe anorganische Netzwerke aus molekularen Vorläufern

In der Materialforschung arbeiten Ingenieure und Naturwissenschaftler interdisziplinär zusammen. Nach der Entdeckung der wichtigsten heute als Hochleistungskeramiken eingesetzten binären Oxide, Nitride und Carbide im vergangenen Jahrhundert spielte die Chemie in der Werkstoffentwicklung kaum noch eine Rolle. Dies änderte sich erst in der jüngeren Vergangenheit, als unter anderem Reinheit und definierte Morphologie der Ausgangspulver als kritisch für die Erhöhung der Zuverlässigkeit keramischer Werkstücke erkannt wurden. Während hier durch chemische Methoden graduelle — gleichwohl bedeutsame — Verbesserungen erzielt werden konnten, liegt das eigentliche Potential der Chemie in der Erschließung neuer Stoffe oder neuer präparativer Zugänge zu bekannten Materialien. Ein Beitrag dieser Art liegt in der Herstellung von Keramiken aus molekularen oder polymeren Vorläufern. Wir geben hier beginnend mit den Pionierarbeiten der sechziger und siebziger Jahre eine Übersicht über die wichtigsten Beiträge zur Entwicklung solcher Herstellungsrouten; vor allem werden eigene Konzepte, etwa zur Herstellung multinärer Nichtoxid‐Feststoffe und amorpher anorganischer Netzwerke, vorgestellt. „Amorphe Hochleistungskeramiken” ist eigentlich eine contradictio in adiecto. Solche Materialien sind im thermodynamischen Sinne instabil bezüglich der Umwandlung und des Zerfalls in kristalline Phasen, was ihren Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen bei hohen Temperaturen eigentlich aus‐schließt. Wählt man allerdings Elementkombinationen, bei denen die Bindungsenergien weniger von einer langreichweitigen, kristallinen Ordnung als von starken kovalenten Bindungen bestimmt sind, so erhält man amorphe Materialien mit erstaunlich hoher thermischer und mechanischer Belastbarkeit wie die neuartigen Si/B/N/C‐Keramiken, für die eine effiziente Synthese aufbauend auf einer für Umsetzungen im technischen Maßstab geeigneten Rohstoffbasis entwickelt wurde. Ein Material mit der ungefähren Zusammensetzung SiBN 3 C bleibt bis 1900°C amorph, was ohne Beispiel ist, und ist die bislang oxidationsstabilste Nichtoxid‐Keramik. Eine weitere Stärke dieses in mehrfacher Hinsicht unübertroffenen Systems ist die einfache Einstellung der viskoelastischen Eigenschaften der polymeren Vorstufen auf die unterschiedlichsten Arten der Formgebung. Bisher wurden Infiltrationen und Beschichtungen realisiert. Am weitesten fortentwickelt ist die Herstellung von Fasern, die in Ihren Leistungsdaten die derzeit verfügbaren weit übertreffen.