• IT-Karriere:
  • Services:

Materialforschung: Laserschweißen mit Keramik

Ein neues Verfahren macht ultraharte Handybeschichtungen, biokompatible Herzschrittmacher und versiegelte Weltraumelektronik möglich.

Ein Bericht von Dirk Eidemüller veröffentlicht am
Zwei Keramikwerkstücke, die verschweißt wurden: Dicht genug für Weltraumqualifizierung
Zwei Keramikwerkstücke, die verschweißt wurden: Dicht genug für Weltraumqualifizierung (Bild: Garay Lab/UCSD)

Wer kennt das nicht: Eine kleine Unachtsamkeit, und schon ist ein Kratzer oder Sprung im Handy. Und was im Alltag lediglich eine Unannehmlichkeit ist, kann bei Geräten zu großen Problemen führen. Herzschrittmacher etwa werden heute vor allem mit einer korrosionsschützenden Verkapselung aus Metall hergestellt und müssen deshalb mit einer Beschichtung wie Titan versehen werden. Keramisch ummantelte Herzschrittmacher lassen Radiowellen durch und können dadurch kabellos aufgeladen werden.

Inhalt:
  1. Materialforschung: Laserschweißen mit Keramik
  2. Luftdicht verschweißt

Das gilt natürlich auch für andere Implantate - etwa zur Überwachung bestimmter Vitalfunktionen. Da Keramiken extrem biokompatibel und korrosionsbeständig sind, sind sie für solche Zwecke im Prinzip hervorragend geeignet und werden auch schon eingesetzt. Bislang steht solchen Einsatzzwecken aber eine große Hürde im Weg: Keramiken lassen sich nur schwer miteinander verbinden.

Dabei sind keramische Materialien schon seit Jahrtausenden ganz besondere Werkstoffe. Sie waren einst die wichtigste Handelsware des antiken Griechenlands und sind auch heute nicht aus Industrie und Alltag wegzudenken. Ihre Eigenschaften wie Härte, Temperaturbeständigkeit und Verarbeitbarkeit sind so vielseitig, dass sie für viele Zwecke unersetzbar sind. Hochleistungskeramiken können in Gasturbinen zum Einsatz kommen oder Weltraumfahrzeuge als Hitzeschild beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre vor dem Verglühen schützen.

Ihre positiven Eigenschaften stellen Konstrukteure allerdings auch vor ein großes Problem: Keramiken schmelzen erst bei so hohen Temperaturen, dass sie nur aufwendig in speziellen Öfen aneinandergeschweißt werden können. So ist es bislang unmöglich, elektronische Komponenten in Keramik einzuschweißen. "Dafür müsste man das gesamte Werkstück über Stunden in einen Ofen stecken, was am Ende die ganze Elektronik verbrennen würde", sagt Javier Garay, Professor für Materialwissenschaften an der University of California in San Diego. Er und sein Team haben im Fachblatt Science jedoch eine Laserschweißtechnik für Keramiken vorgestellt, die zu ganz neuen Einsatzgebieten führen könnte.

Stellenmarkt
  1. AKKA Deutschland GmbH, München
  2. über duerenhoff GmbH, Raum Frankfurt

Während das Laserschweißen bei Stahl und Kunststoff mittlerweile als industrielles Standardverfahren etabliert ist, was das bei Keramiken bisher nicht möglich war. Bisherige Versuche mit Dauerstrich-Lasern, die einen kontinuierlichen Laserstrahl aussenden, sowie mit verschiedenen Hochleistungslasern hatten leider häufig Bruch produziert: Die hohen Temperaturunterschiede zwischen der Schweißnaht und dem umliegenden Werkstück haben regelmäßig dazu geführt, dass Sprünge und Risse aufgetreten sind.

Die Forscher um Garay haben deshalb in aufwendigen Versuchen ein ganz neues Verfahren ausprobiert. Sie arbeiteten mit einem Infrarot-Kurzpulslaser mit sehr schnellen Pulsfolgen. Die Länge eines einzelnen Pulses lag im Bereich von Femto- oder Pikosekunden, wobei sich zwei Pikosekunden bei den untersuchten Materialien als beste Wahl erwies. Diese Pulse hatten eine Wiederholungsrate von einem Megahertz. Je nach Materialart und -dicke reichten 2.500 bis 250.000 dieser kurzen Pulse, um zwei Keramik-Bauteile an einer Stelle zusammenzuschweißen.

Die Laserleistung ging nicht über 50 Watt hinaus.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
Luftdicht verschweißt 
  1. 1
  2. 2
  3.  


Anzeige
Spiele-Angebote
  1. 26,99€
  2. (-70%) 4,50€
  3. (-56%) 17,50€
  4. 4,99€

Keep The Focus 11. Sep 2019

meine 1. Quelle

Eheran 11. Sep 2019

Was genau meinst du? Flexibilität ist keine fixe Materialeigenschaft, die hängt z.B. von...

tokie 11. Sep 2019

Etwas spät aber: die hier verwendete Keramik (Zirkoniumdioxid, ZrO2) zeichnet sich...

JouMxyzptlk 10. Sep 2019

Wenn so ein Zylinder und andere Motorbauteile um tausend Grad wärmer sein können als bei...

chefin 10. Sep 2019

Naja...wenn ich für 10^-6 Sec einen Kondensator auflade und in 2pS abgebe, bleibt die...


Folgen Sie uns
       


Golem-Akademie - Trainer Florian stellt sich vor

Vom Junior-Projektleiter zum IT-Director konnte Florian Schader sämtliche Facetten der IT-Welt gestalten und hat eine Leidenschaft entwickelt, diese Erfahrungen weiterzugeben. Seine Grundmotivation ist die aktive Weitergabe seiner 20-jährigen Projekt- und Leitungserfahrung im IT-Umfeld, der Erfolg von Projekten und die aktive Weiterentwicklung von Menschen. Dabei stellt er immer den Bezug zur Praxis her. Als Trainer und Coach ist er spezialisiert auf Projektmanagement und Führungskräfteentwicklung.

Golem-Akademie - Trainer Florian stellt sich vor Video aufrufen
Bosch-Parkplatzsensor im Test: Ein Knöllchen von LoRa
Bosch-Parkplatzsensor im Test
Ein Knöllchen von LoRa

Immer häufiger übernehmen Sensoren die Überwachung von Parkplätzen. Doch wie zuverlässig ist die Technik auf Basis von LoRa inzwischen? Golem.de hat einen Sensor von Bosch getestet und erläutert die Unterschiede zum Parking Pilot von Smart City System.
Ein Test von Friedhelm Greis

  1. Automated Valet Parking Daimler und Bosch dürfen autonom parken
  2. Enhanced Summon Teslas sollen künftig ausparken und vorfahren

Fritzbox mit Docsis 3.1 in der Praxis: Hurra, wir haben Gigabit!
Fritzbox mit Docsis 3.1 in der Praxis
Hurra, wir haben Gigabit!

Die Fritzbox 6591 Cable für den Einsatz in Gigabit-Kabelnetzen ist seit Mai im Handel erhältlich. Wir haben getestet, wie schnell Vodafone mit Docsis 3.1 tatsächlich Daten überträgt und ob sich der Umstieg auf einen schnellen Router lohnt.
Ein Praxistest von Friedhelm Greis

  1. Nodesplits Vodafone bietet 500 MBit/s für 20 Millionen Haushalte
  2. Sercomm Kabelmodem für bis zu 2,5 GBit/s vorgestellt
  3. Kabelnetz Die Marke Unitymedia wird verschwinden

Mi Note 10 im Hands on: Fünf Kameras, die sich lohnen
Mi Note 10 im Hands on
Fünf Kameras, die sich lohnen

Mit dem Mi Note 10 versucht Xiaomi, der Variabilität von Huaweis Vierfachkameras noch eins draufzusetzen - mit Erfolg: Die Fünffachkamera bietet in fast jeder Situation ein passendes Objektiv, auch die Bildqualität kann sich sehen lassen. Der Preis dafür ist ein recht hohes Gewicht.
Ein Hands on von Tobias Költzsch

  1. Xiaomi Neues Redmi Note 8T mit Vierfachkamera kostet 200 Euro
  2. Mi Note 10 Xiaomis neues Smartphone mit 108 Megapixeln kostet 550 Euro
  3. Mi Watch Xiaomi bringt Smartwatch mit Apfelgeschmack

    •  /