KERAMISCH MATERIAAL KAN WORDEN VERVORMD BIJ KAMERTEMPERATUUR

Duitse materiaalkundigen hebben onder druk een keramisch materiaal bij kamertemperatuur weten te vervormen. Dat was een verrassing, omdat dit soort verbindingen van metalen met zuurstof tot nu toe uitsluitend als hard en vooral heel bros bekend stonden: van een stuk keramiek dat op de grond valt, breken heel gemakkelijk stukken af. Kristallen van strontiumtitanaat (SrTiO3) bleken echter opvallend plastisch bij een druk van zo'n 1200 atmosfeer. Dat lijkt misschien vrij hoog, maar het is nauwelijks hoger dan nodig is voor het vervormen van metaallegeringen van aluminium of koper. Deze ontdekking opent dan ook een heel nieuw onderzoeksgebied bijvoorbeeld naar manieren om keramische materialen in elke gewenste vorm te persen (Physical Review Letters, 20 aug.).

De vervorming van kristallen is afhankelijk van de aanwezigheid van fouten in het atoomrooster. Tijdens het groeien van een kristal worden de atomen razendsnel op elkaar gestapeld, zodat het bijna onvermijdelijk is dat af en toe een atoomlaag die nog niet helemaal af is al weer bedekt wordt door een volgende. Als gevolg van deze dislocaties vervormen sommige metaallegeringen bij veel lagere spanning dan je op grond van hun samenstelling zou mogen verwachten. Dat is te vergelijken met het verschuiven van een kleed. Wanneer je aan een hoek trekt, moet de volledige wrijvingskracht worden overwinnen die de vloer op het kleed uitoefent. Duw je het kleed echter aan een uiteinde een beetje op, dan duw je zo'n plooi gemakkelijk voort en verplaats je het kleed uiteindelijk met gemak.

In keramische materialen zitten de verschillende atomen echter met zulke sterke bindingen aan elkaar vast, dat zelfs de slippende beweging van dislocaties alleen bij hoge temperaturen boven de duizend graden Celsius mogelijk werd geacht. Dieter Brunner en zijn collega's van het Max Planck Instituut voor Metaalonderzoek in Stuttgart hebben nu het tegendeel aangetoond.

Microscoopopnames van het kristal tijdens de vervorming maakten bovendien duidelijk wat voor soort dislocaties verantwoordelijk zijn voor de vervorming. Omdat die vrij algemeen in dit soort perovskieten voorkomen mineralen die onder meer een groot deel van de aardkorst uitmaken moeten er ook andere verbindingen zijn die een vergelijkbaar of misschien wel nog extremer gedrag vertonen. Verder is het wellicht ook mogelijk de plasticiteit te vergroten door het materiaal te zandstralen, een behandeling die bij legeringen veel wordt toegepast.