Das widerstandsfähigste Metall der Welt könnte die Raumfahrt für immer verändern

Wissenschaftler der beiden US-Forschungslabors Lawrence Berkeley und Oak Ridge National Laboratory sind bei der Untersuchung einer simplen Metalllegierung, bestehend aus Chrom, Kobalt und Nickel, auf das widerstandsfähigste Material der Welt gestoßen. Es wies nicht nur extrem hohe Elastizität und Bruchzähigkeit auf, diese wurden mit sinkender Temperatur sogar immer besser - obwohl bei den meisten Metallen das Gegenteil der Fall ist. 

So gut wie alle Materialien, die man heutzutage kennt, werden mit zunehmender Kälte immer brüchiger, was zum Beispiel Ingenieure und Forscher für Raumfahrttechnik vor eine große Herausforderung stellt. Im Weltall herrschen nämlich Temperaturen, die bis zu 2,7 Kelvin kalt sein können - das entspricht etwa -270 Grad Celsius. Um diese Problematik zu lösen, wird sehr viel Forschung in die Widerstandsfähigkeit von Metalllegierungen betrieben. Eines, das sehr vielversprechende Ergebnisse geliefert hat, ist diese simple Legierung - CrCoNi. 

Nicht von dieser Welt

Forscher entdecken härtestes Material der Welt

von Alexander Köpf

CrCoNi ist selbst bei -253°C zäher als die besten Stähle

CrCoNi gehört zu einer sehr besonderen Gruppe von Metallen - den Hoch-Entropie-Legierungen. Dabei handelt es sich um Metalllegierungen, bei denen jedes der Elemente in einem nahezu gleichen Anteil vorhanden ist. So gut wie alle Legierungen heutzutage bestehen eher aus einem Hauptelement, dass den Großteil ausmacht, zudem dann kleinere Anteile von anderen Metallen zugefügt werden. Schon 2014 haben die Forscher der beiden Labore, CrCoNi bei einer Temperatur von 77 Kelvin (-196,15 Grad Celsius) getestet und eine extrem hohe Widerstandsfähigkeit nachgewiesen. Sie wollten daraufhin das Material bei noch niedrigeren Temperaturen testen, jedoch hatten sie Probleme dabei, geeignete Test-Einrichtungen zu finden und Teammitglieder mit genügend Erfahrung zu rekrutieren. Bis vor Kurzem.

Die Oberfläche von CrCoNi unter einem Elektronenmikroskop bei Raumtemperatur und bei 20 Kelvin. (Bild: Berkeley Lab)

Die Wissenschaftler haben hierfür zwei Tests in jeweils zwei verschiedenen Umgebungstemperaturen durchgeführt. Einmal bei Raumtemperatur und das andere Mal bei 20 Kelvin (-253,15 Grad Celsius). Um die Elastizität zu prüfen wurde so lange an einem unbehandelten Stück CrCoNi gezogen, bis es durchbrach. Für die Bruchzähigkeit wurde das Metall zusätzlich leicht eingerissen und die nötige Kraft gemessen, die den Riss vergrößert hat. Bei 20 Kelvin konnten die Forscher eine Zähigkeit von 500 Megapascal Quadratwurzelmeter (MPa M^1/2) feststellen. Im Vergleich dazu besitzen die besten Stähle der Welt etwa 100. Eine Zahl von 500 und das auch noch bei einer extrem niedrigen Temperatur ist also äußerst bemerkenswert. 

Was bedeutet das für die Zukunft?

Durch das nun bessere Verständnis von Hoch-Entropie-Legierungen könnte es zukünftig dort angewandt werden, wo gewöhnliche Metalllegierungen an ihre Grenzen stoßen - wie zum Beispiel im Weltall. Allerdings wird diese Zukunft nicht CrCoNi sein, da es einen weltweiten Mangel an Kobalt und Nickel gibt. Die beiden Metalle haben nämlich eine extrem hohe Nachfrage in der Batterieindustrie. Die Forscher suchen daher Elemente, die kostengünstiger sind und häufiger vorkommen. Außerdem fehlen Langzeittests, bis Hoch-Entropie-Legierungen überhaupt eingesetzt werden dürfen. Robert Ritchie vom Berkeley Lab geht noch von vielen Jahren aus, bis diese für die Anwendung in der realen Welt bereit sind. 

Wer weiß? Eventuell könnte so eine solche Legierung für einen Aufzug ins Weltall verwendet werden? Mehr dazu könnt ihr hier nachlesen:

Aufzug ins All

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Worin seht ihr geeignete Anwendungen für ein so widerstandsfähiges Metall? Schreibt es uns gerne in die Kommentare!