Wie Seeschnecken beim Flugzeugbau helfen
Struktur von neuem Leichtmetall ist dem Aufbau von Schneckenhäusern nachempfunden
Amerikanische Wissenschaftler haben ein sehr stabiles Leichtmetall entwickelt, das genauso aufgebaut ist wie die Häuser von Seeschnecken: Es besitzt eine Schichtstruktur, in der sich harte, keramikähnliche Lagen mit weicheren Metallschichten abwechseln. Auf diese Weise erreicht der metallische Verbundstoff die gleiche Härte wie Stahl, ist aber nur halb so schwer. Kenneth Vecchio von der Universität von Kalifornien in San Diego stellt das neue Material in der Fachzeitschrift JOM vor (März-Ausgabe, S. 25).
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Das Vorbild für Vecchios Schichtmetall war das Haus der Seeschnecke Haliotis rufescens, das für seinen perlmuttartigen Glanz und seine schimmernden Farben bekannt ist. Die extrem stabile Schalen bestehen aus einander abwechselnden Schichten der beiden Grundstoffe Kalziumkarbonat und dem so genannten Conchiolin, einer Mischung verschiedener Proteine. Die spröden Karbonatschichten verleihen der Schale die Härte, während die flexiblen Proteinanteile Stöße abfedern und das Zerbrechen des Materials verhindern.
Für die Herstellung des neuen Metalls wählte Vecchio ein ähnliches Strukturprinzip: Er schichtete Folien aus Aluminium und Titanlegierungen aufeinander und verschweißte sie unter Druck und bei hoher Temperatur miteinander. Das Ergebnis war ein äußerst stabiler Verbundwerkstoff, in dem sich harte Schichten aus keramikähnlichem Titanaluminid und der weicheren ursprünglichen Titanlegierung abwechselten. Die größte Stärke neuen Materials ist nach Ansicht von Vecchio jedoch nicht seine Härte, sondern die Möglichkeit, es vor dem Zusammenschweißen in jede beliebige Form bringen zu können.
Eingesetzt werden kann das Leichtmetall praktisch überall, erklärt Vecchio. So könnte es beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik das häufig zum Härten eingesetzte Beryllium ersetzen, das extrem giftig ist. Auch eine Verwendung als Strukturelement zur Stabilisierung von Gebäuden und Werkstoffen sei denkbar. Mithilfe verschiedener Zusätze können außerdem die Eigenschaften des Metalls verändert werden. So machen in Höhlungen eingesetzte Stahlkügelchen das Material zu einem effektiven Vibrationsdämpfer, und eingeflochtene Metalldrähte verleihen ihm elektrische Leitfähigkeit oder wirken als eingebaute Sensoren.
ddp/wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel
