Welches Material ist härter als Diamant?

Manche Materialien, wie zum Beispiel Lonsdaleit, sind zwar härter als Diamant, existieren aber nicht in großen Mengen oder sind nicht weit verbreitet erhältlich.

Diamanten können fast alles zerkratzen. Foto: Business Standard

Diamanten sind aufgrund ihrer Härte hoch geschätzt. Als Schmuckstücke können sie Generationen überdauern und bleiben trotz täglicher Beanspruchung kratzfrei. Als Klingen oder Bohrer durchdringen sie nahezu jedes Material, ohne dabei zerstört zu werden. In Pulverform werden Diamanten zum Polieren von Edelsteinen, Metallen und vielen anderen Materialien verwendet. Laut Live Science ist es daher extrem schwierig, ein Material zu finden, das härter als Diamant ist.

Laut Richard Kaner, einem Materialchemiker an der Richard Kaner University, ist Diamant für die meisten praktischen Anwendungen nach wie vor das härteste Material. Es gibt zwar Verfahren zur Herstellung von Diamanten, die härter als herkömmliche Diamanten sind, und theoretisch könnten auch andere Materialien härter als Diamant sein, doch existieren diese nicht in einer Form, die man in der Hand halten oder allgemein anwenden kann.

Während Träger von Diamantschmuck dessen Langlebigkeit bestätigen können, ist der Begriff „Härte“ laut Paul Asimow, Geochemiker am California Institute of Technology (Caltech), ein hochspezialisiertes Konzept. Er wird oft mit anderen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Festigkeit verwechselt. Diese sind jedoch nicht immer gleichbedeutend mit Härte. So kann ein Diamant beispielsweise eine sehr hohe Härte, aber nur eine durchschnittliche Steifigkeit aufweisen. Diamanten brechen leicht entlang ihrer Kristallfacetten, wodurch Juweliere die wunderschönen, facettierten Diamanten herstellen können.

Wissenschaftler messen die Eindruckhärte auf verschiedene Weise. Geologen verwenden häufig die Mohs-Härteskala, mit der die Härte von Mineralien im Gelände anhand ihrer Ritzfestigkeit bestimmt wird. Diamant hat die höchste Stufe (10) der Mohs-Härteskala und kann somit nahezu jedes Material ritzen. Im Labor nutzen Materialwissenschaftler eine präzisere Messmethode, den Vickers-Härtetest. Dieser bestimmt die Härte eines Materials anhand der Kraft, die erforderlich ist, um mit einem spitzen Gegenstand einen Eindruck zu erzeugen – ähnlich dem Drücken einer Bleistiftmine gegen einen Radiergummi.

Diamanten bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in einem kubischen Gitter angeordnet und durch starke, kurze chemische Bindungen miteinander verbunden sind. Diese Struktur verleiht ihnen ihre charakteristische Härte und Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücke. Die meisten Materialien, die härter als Diamant sind, entstehen durch geringfügige Veränderungen der Kristallstruktur von gewöhnlichem Diamant oder durch den Ersatz einiger Kohlenstoffatome durch Bor oder Stickstoff.

Ein Anwärter auf den Titel „härter als Diamant“ ist Lonsdaleit. Ähnlich wie Diamant besteht Lonsdaleit aus Kohlenstoffatomen, die jedoch in einer hexagonalen statt einer kubischen Kristallstruktur angeordnet sind. Bis vor Kurzem wurde Lonsdaleit nur in extrem geringen Mengen, hauptsächlich in Meteoriten, gefunden, und Forscher waren sich unsicher, ob es als eigenständiges Material oder lediglich als Defekt in der Standard-Diamantkristallstruktur einzustufen sei.

Kürzlich entdeckte eine Gruppe von Wissenschaftlern in einem Meteoriten mikrometergroße Lonsdaleit-Kristalle (ein Mikrometer entspricht 1/1000 mm). Diese Kristalle sind zwar winzig, aber dennoch größer als bisher bekannte Exemplare. Andere Wissenschaftler haben die Herstellung von Lonsdaleit im Labor beschrieben, allerdings existieren diese Kristalle nur für einen Bruchteil einer Sekunde. Daher ist Lonsdaleit zwar faszinierend, wird Diamanten in Anwendungen wie Schneiden, Bohren oder Polieren aber wohl in naher Zukunft nicht ersetzen.

Durch die gezielte Anpassung der Nanostruktur von Diamanten lassen sich Materialien herstellen, die härter als herkömmliche Diamanten sind. Ein Material aus vielen winzigen Diamantkristallen ist härter als die in Edelsteinen verwendeten Diamanten, da die Nanopartikel fixiert sind und nicht aneinander vorbeigleiten. „Nano-gepaarte“ Diamanten, bei denen die Partikel ein Spiegelbild voneinander bilden, weisen die doppelte Eindruckhärte herkömmlicher Diamanten auf.

Die meisten Wissenschaftler forschen jedoch nicht an superharten Materialien, um Rekorde aufzustellen, sondern um etwas Nützliches zu entwickeln. Sie möchten beispielsweise ein Material herstellen, das fast so hart wie Diamant ist, aber kostengünstiger oder einfacher im Labor herzustellen ist.

Kaners Labor produziert beispielsweise mehrere superharte Metalle, die in industriellen Anwendungen als Diamantersatz eingesetzt werden können. Ein kommerziell erhältliches Produkt kombiniert Wolfram und Bor mit geringen Mengen anderer Metalle. Die Kristallform verleiht dem Material in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften. Laut Kaner kann es, bei korrekter Ausrichtung, Diamanten ritzen. Dieses Material ist zudem kostengünstig herzustellen, da es nicht die für die Diamantenherstellung im Labor notwendigen Hochdruckbedingungen benötigt.

An Khang (laut Live Science )

Quellenlink: https://vnexpress.net/vat-lieu-nao-cung-hon-kim-cuong-4665154.html