Ett team av forskare vid tekniska universitet DESY i Darmstadt har tagit fram konstgjort syntetiskt material med hjälp av vanlig industriell keramik.
- Resultatet blev ett superhårt fönsterglas av kubformad kiselnitrid, som kan användas vid extrema temperaturförhållanden, som exempelvis i motorer, skriver japansk-tyska forskarteamet i tidskriften Scientific Reports.
Kubformad kiselnitrid (c-Si3N4) uppstår under höga tryck. För första gången har man nu utvecklat genomskinligt material som är det näst hårdaste efter en diamant, men tål betydligt högre temperaturer.
- En diamant är endast stabil upp till ca 750 grader Celsius i atmosfären. Kubformad kiselnitrid är genomskinligt och hållfast upp till 1400 grader Celsius, säger Norimasa Nishiyama, som idag arbetar som disputerad universitetslärare vid Tokyo Institute of Technology i Japan.
Kiselnitrid används i produkter som innehåller keramiska komponenter eller delar, som hos kullager, skärande verktyg och i motorer för fordons- och flygindustrin.
Dess keramiska egenskaper är extremt stabila, eftersom kisel-kväve-bindningen är så stark. Vid omgivningstryck, får kiselnitrid en hexagonal kristallstruktur och blir genomskinlig.
Sintring är en process vars syfte är att bilda makroskopiska strukturer från material med hjälp av värme och tryck. Tekniken används i stor utsträckning inom industrin för ett brett spektrum av produkter från keramiska föremål till konstgjorda tänder.
Vid 130 000 gånger det atmosfäriska trycket, omvandlas kiselnitrid i en kristallstruktur med kubisk symmetri som experterna kallar spinell med hänvisning till strukturen i en populär ädelsten.
Spinell är mycket hård typ av mineral som består av magnesium- och aluminiumoxid, ibland med inblandning av krom och järn. Konstgjord spinell (MgAl2O4) används i stor utsträckning som genomskinlig keramik inom industrin.
- Ett forskarteam vid tekniska universitetet i Darmstadt lyckades ge kubformiga fasen hos kiselnitriden dess syntetiska form för första gången år 1999, men kunskapen om detta material var länge mycket begränsad, konstaterar Nishiyama.
Forskarteamet använde sig av en stor volympress (LVP) för att framställa hexagonal kiselnitrid under starkt tryck och hög temperatur.
Vid ca 156 000 gånger det atmosfäriska trycket och en temperatur av 1800 grader Celsius bildades ett genomskinligt fragment av kubformad kiselnitrid med en diameter av två millimeter.
Analysen av kristallstrukturen visade att kiselnitriden helt hade övergått i en kubformad fas.
Kiselnitrid framställdes första gången 1857 av Henri Deville och Friedrich Wöhler, men kommersiell tillverkning startade först under 1950-talet av Union Carbide.
