„Die Zukunft der Keramik sieht rosig aus, da die Verschmelzung von innovativer Wissenschaft und Technik weiter voranschreitet“, sagt Cheryl Xu, Professorin an der NC State. Forscher der North Carolina State University stellten am 14. Mai 2025 eine bahnbrechende Laser-Sintertechnik zur Herstellung von Ultrahochtemperaturkeramiken vor.
Die neue Methode rationalisiert die Herstellung von Keramiken wie Hafniumcarbid (HfC), das für seine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit bekannt ist, erheblich. Traditionelle Methoden erfordern Temperaturen von über 2.200 Grad Celsius, aber die Lasertechnik ist schneller und energieeffizienter.
Der Prozess beinhaltet das Richten eines 120-Watt-Lasers auf einen flüssigen Polymer-Vorläufer in einer kontrollierten Umgebung. Dies wandelt die Flüssigkeit in ein festes Keramikmaterial um, das für Beschichtungen oder 3D-gedruckte Strukturen geeignet ist. Die Laser-Sintertechnik ist im Gegensatz zum traditionellen Sintern auch tragbar.
Eine wichtige Anwendung ist die Herstellung von Schutzbeschichtungen für Kohlenstoffverbundwerkstoffe, die in Hyperschalltechnologien verwendet werden. Das lokalisierte Laser-Sintern minimiert strukturelle Schäden und verbessert den Wärmeschutz. Die Technik lässt sich auch in die additive Fertigung integrieren und ermöglicht so die Herstellung komplexer 3D-Keramikstrukturen.
Die Lasertechnik bietet einen Umwandlungswirkungsgrad von mindestens 50 %, was deutlich höher ist als die 20-40 % herkömmlicher Methoden. Dies führt zu weniger Abfall und einem nachhaltigeren Fertigungsansatz. Das Team produzierte erfolgreich kristallines, phasenreines HfC und demonstrierte damit das Potenzial der Technologie für extreme Umgebungen.
Tests an HfC-Beschichtungen, die auf Kohlefaserverbundwerkstoffe aufgebracht wurden, zeigten eine starke Haftung und gleichmäßige Abdeckung, die für Wärmeschutzsysteme unerlässlich sind. Dies eröffnet Möglichkeiten für verbesserte Engineering-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und anderen Branchen. Die im Journal of the American Ceramic Society veröffentlichte Forschung soll zu einer weiteren Akzeptanz dieser Techniken anregen.