Künstlicher Diamant widersteht tausend Grad Hitze

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Baku, den 14. Juni (AZERTAG). Der Diamant ist das härteste Material für Schneidewerkzeuge - doch ab 800 Grad verbrennt er. Jetzt offenbaren Experimente: Winzige Kristallzwillinge erhöhen seine Hitzebeständigkeit auf mehr als tausend Grad.

Ein Diamant ist nicht unvergänglich. Bereits ab einer Temperatur von 800 Grad Celsius beginnt er zu verbrennen. Chinesische Forscher haben nun Diamanten hergestellt, die 200 Grad mehr aushalten und zugleich härter sind als natürliche Diamanten.

„Obwohl der Diamant das härteste Material für Schneidewerkzeuge ist, hat die geringe Hitzebeständigkeit seine Anwendungen eingeschränkt, vor allem bei hohen Temperaturen“, schreibt das Team um Yongjun Tian von der Yanshan-Universität in Qinhuangdao im Fachmagazin „Nature“.

Wenn bei vielen Schneide- oder Schleifvorgängen hintereinander hohe Temperaturen entstehen, nutzen sich Diamanten, die vollständig aus Kohlenstoff bestehen, schnell ab. Versuche mit Korngrößen von 10 bis 30 Nanometern hätten zwar die Härte künstlicher Diamanten erhöht, die Verbrennungstemperatur aber gesenkt, schreiben die Forscher.

Sie wandten stattdessen eine Methode an, mit der sie schon erfolgreich Bornitrid gehärtet hatten: Sie erzeugten winzige Kristallzwillinge in Abständen von etwa fünf Nanometern.

Superharter Diamant aus „Kohlenstoff-Zwiebel“ - Kristallzwillinge sind miteinander verwachsene, symmetrische Kristalle. Sie erzeugen so etwas wie Falten im Kristallgitter. Wie kleine Rillen die Wand eines Joghurtbechers stabiler machen, können solche Falten offenbar auch einen Diamanten härten.

Als Ausgangsmaterial für den superharten Diamanten verwendeten die Wissenschaftler ineinander verschachtelte Lagen von Kohlenstoffgittern. Sie waren kugelförmig wie die Schichten einer Zwiebel angeordnet. Bei einer Temperatur von 2000 Grad und einem Druck von 20 Gigapascal - dem etwa 200.000-fachen des normalen Luftdrucks - verwandelte sich die „Kohlenstoff-Zwiebel“ in einen superharten Diamanten.

Eine Erklärung haben Tian und Kollegen auch dafür, dass ihr Diamant nicht so schnell Feuer fängt. Wenn ein Diamant verbrenne, gebe es zwei Prozesse: Ein Teil des Diamanten verwandele sich in Grafit, der weniger hitzebeständig als das Diamantkristallgitter sei und deshalb eher in Flammen aufgehe. Dann erst brenne der Diamant selbst. Da der superharte Diamant die Umwandlung in Grafit in geringerem Maße zulasse, verbrenne er erst bei mehr als 1000 Grad, schreiben die Forscher. 

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