MAX-Phasen vereinen die positiven Eigenschaften von Keramiken und Metallen. Sie sind hitzestabil und leicht wie eine Keramik, gleichzeitig aber weniger spröde und plastisch verformbar wie ein Metall. Zudem sind sie die stoffliche Basis für die noch wenig erforschten MXene, die so überraschende elektronische Eigenschaften besitzen wie das Wundermaterial Graphen.
„Bisher fehlte ein geeignetes Verfahren, um MAX-Phasen in Pulverform herzustellen, so wie es für die industrielle Weiterverarbeitung wünschenswert wäre. In der industriellen Produktion spielen MAX-Phasen daher bislang praktisch keine Rolle“, erklärt Junior-Professor Jesus Gonzalez-Julian, Nachwuchsgruppenleiter am Forschungszentrum Jülich.
Der Trick mit dem Salz
MAX-Phasen entstehen bei über 1000 °C. Damit die Materialien bei derart hohen Temperaturen nicht mit dem Luftsauerstoff reagieren und oxidieren, findet die Herstellung normalerweise im Vakuum oder in einer Schutzatmosphäre aus Argon statt. Die Jülicher Methode ist im Vergleich dazu verblüffend einfach. Die Forscher ummanteln die Ausgangsstoffe mit einem Salz, Kaliumbromid, das während des Prozesses schmilzt. Ein Vakuum oder eine Argonatmosphäre als zusätzlicher Schutz wird nicht mehr benötigt. „Ein Bad aus flüssigem Salz umschließt dann das Material und verhindert, dass Sauerstoff aus der Luft damit in Berührung kommt“, erklärt Apurv Dash, Erstautor der Studie in Nature Materials und Doktorand am Forschungszentrum Jülich.
Das Salz wirkt außerdem als Trennmittel. Die Komponenten backen nicht mehr zu einem kompakten Feststoff zusammen, sodass die Herstellung feinkörniger Pulver möglich wird. Das ist wichtig, ein langer und energieaufwendiger zusätzlicher Mahlvorgang wird so nicht mehr benötigt. Als positiver Nebeneffekt senkt das Salzbad zudem die Synthesetemperatur, bei der die Ausgangsstoffe eine Verbindung miteinander eingehen, was zusätzlich dazu beitragen dürfte, Energie- und Herstellungskosten einzusparen.
Verfahren vielfältig einsetzbar
Das Verfahren ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt. Die Forscher konnten damit bereits eine Vielzahl unterschiedlicher MAX-Phasen und weitere Hochleistungswerkstoffe herstellen wie zum Beispiel Titanverbindungen für Bioimplantate und den Flugzeugbau. Als nächstes planen sie nun die Erprobung industrieller Prozesse, mit denen sich die Pulver weiter verarbeiten lassen.
www.nature.com/articles/s41563–019–0328–1
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