Glasklar wie Sinterkorund

Halogenlampen strahlen heller und brillianter als gewöhnliche Glühbirnen gleicher Leistung. Der Grund für die bessere Lichtausbeute: ein heißes Plasma. Der entscheidende Trick, Lebensdauer und Wirkungsgrad der Lampen weiter zu steigern, besteht darin, den Gasdruck in ihrem Inneren zu erhöhen. Doch hier wie bei der Temperatur setzt das umgebende Material des Kolbens Grenzen: Quarzgläser und die bisher verwendeten Keramiken erweichen, halten dem hohen Druck nicht stand und können schließlich platzen.

Ein Material, das solchen extremen Bedingungen widerstehen kann, ist Aluminiumoxid, auch als Korund bekannt. Zwar schmilzt er wie seine farbigen Geschwister Saphir und Rubin erst oberhalb von 2 000 °C, doch kann Korundpulver nicht einfach – wie bei Gläsern üblich – geschmolzen und in Form geblasen oder gegossen werden. Denn die erstarrte Schmelze kristallisiert. Daraus resultieren ungünstige mechanische Eigenschaften. Daher wird bisher eine Verarbeitungstemperatur von etwa 200 °C unter dem Schmelzpunkt gewählt, bei der die Körnchen sintern – also lediglich oberflächlich verbacken. Dabei wachsen sie beträchtlich. Die Folge: Partikel und die Poren zwischen ihnen streuen das Licht. Dadurch erscheinen diese weit verbreiteten Hochleistungskeramiken meist trüb wie Milchglas.

Wirklich transparente und dabei mehr als doppelt so feste Werkstoffe wie bisher sind das Ergebnis des EU-Projekts STARELIGHT. Wissenschaftler des maßgeblich daran beteiligten Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS in Dresden sind darüber hinaus in der Lage, ihre Korundkeramiken in nahezu jede Form zu bringen. Sie erzeugen hohle Körper für Lampen ebenso wie kratzfeste Platten für Scanner oder Fenster für optische Spezialgeräte.

»Entscheidend für die Transparenz ist zunächst«, betont Dr. Andreas Krell, »dass ein Rohstoff mit Korngrößen deutlich unter einem drittel Mikrometer eingesetzt wird. In der fertigen Keramik sind sie nicht wesentlich größer als einen halben Mikrometer. Daher wird das Licht kaum gestreut.« Möglich wird dies bei einer Sintertemperatur, die rund 600 °C unter der bisherigen liegt. Damit nicht genug: Korngröße und Poren werden auch davon beeinflusst, mit welchem Verfahren die Keramik geformt und gesintert wird, wie Krell weiter ausführt: »Wir konnten die optimierten Prozesse so aufeinander abstimmen, dass die Keramik trotz der niedrigen Sintertemperatur am Ende nahezu porenfrei ist. Transparenz und die für neuartige Halogenlampen erforderliche hohe Festigkeit sind die Folge.«