Welches Material ist härter als Diamant?

Einige Materialien wie Lonsdaleit sind möglicherweise härter als Diamant, kommen jedoch nicht in großen Mengen vor und werden nicht häufig verwendet.

Diamanten können fast alles zerkratzen. Foto: Business Standard

Diamanten werden wegen ihrer Härte geschätzt. Als Schmuckstücke überdauern sie Generationen und bleiben trotz täglicher Beanspruchung kratzfrei. Als Klingen oder Bohrer können sie fast alles durchdringen, ohne zu zerbrechen. In Pulverform polieren Diamanten Edelsteine, Metalle und viele andere Materialien. Laut Live Science ist es daher schwierig, ein härteres Material als Diamanten zu finden.

Diamanten seien für die meisten praktischen Zwecke immer noch das härteste Material, sagt Richard Kaner, Materialchemiker an der University of California in Irvine. Es gebe zwar Möglichkeiten, Diamanten härter als Standarddiamanten zu machen, und auch andere Materialien könnten theoretisch härter sein als Diamanten, aber sie existieren nicht in einer Form, die man in der Hand halten oder allgemein verwenden könnte.

Träger von Diamantschmuck können dessen Haltbarkeit zwar bestätigen, doch der Begriff „Härte“ ist sehr speziell, erklärt Paul Asimow, Geochemiker am California Institute of Technology (Caltech). Er wird oft mit anderen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Haltbarkeit verwechselt. Diese sind nicht immer dasselbe wie die Eindruckhärte. Diamanten beispielsweise haben eine sehr hohe Eindruckhärte, aber nur eine mäßige Biegehärte. Diamanten brechen leicht entlang der Kristallflächen, wodurch Juweliere wunderschöne, facettierte Diamanten herstellen.

Wissenschaftler messen die Eindruckhärte auf verschiedene Arten. Geologen nutzen häufig die Mohs-Skala, mit der Mineralien im Gelände anhand ihrer Kratzfestigkeit identifiziert werden. Diamanten haben den Wert 10, den höchsten Wert auf der Mohs-Skala, und können somit fast alles zerkratzen. Im Labor greifen Materialwissenschaftler auf ein präziseres Verfahren zurück: die Vickers-Härteprüfung. Diese bestimmt die Härte eines Materials anhand der Kraft, die erforderlich ist, um mit einer Spitze einen Eindruck zu hinterlassen – ähnlich wie beim Eindrücken einer Bleistiftmine in einen Radiergummi.

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

Ein Anwärter auf den Titel des härtesten Materials ist Lonsdaleit. 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, meist in Meteoriten, gefunden. Es war unklar, ob es als eigenständiges Material klassifiziert werden konnte oder ob es sich lediglich um einen Defekt in der Standardkristallstruktur von Diamanten handelte.

Kürzlich fand ein Wissenschaftlerteam mikrometergroße (ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter) Lonsdaleit-Kristalle in Meteoriten. Es handelt sich zwar um winzige Kristalle, aber immer noch größer als bisher bekannte. Andere Wissenschaftler berichteten von der Züchtung von Lonsdaleit im Labor, obwohl die Kristalle nur für den Bruchteil einer Sekunde existieren. Obwohl Lonsdaleit interessant ist, ist es unwahrscheinlich, dass er Diamanten in Anwendungen wie Schneiden, Bohren oder Polieren in absehbarer Zeit ersetzen wird.

Durch die Feinabstimmung der Nanostruktur von Diamanten lassen sich zudem Materialien herstellen, die härter sind als herkömmliche Diamanten. Ein Material aus vielen winzigen Diamantkristallen wäre härter als Edelsteindiamanten, da die Nanokörner an ihrem Platz gehalten würden, anstatt aneinander vorbeizugleiten. „Nano-Zwillings“-Diamanten, bei denen die Körner spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, sind doppelt so widerstandsfähig gegen Eindrücke wie herkömmliche Diamanten.

Doch die meisten Wissenschaftler suchen nicht nur nach superharten Materialien, um Rekorde zu brechen; sie wollen etwas Nützliches schaffen. Vielleicht wollen sie etwas erschaffen, das fast so hart wie Diamant ist, aber im Labor billiger oder einfacher herzustellen ist.

Kaners Labor stellt beispielsweise mehrere superharte Metalle her, die als industrielle Alternative zu Diamanten eingesetzt werden könnten. Ein kommerziell erhältliches Produkt kombiniert Wolfram und Bor sowie Spuren anderer Metalle. Die Form der Kristalle verleiht dem Material in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften. Bei richtiger Ausrichtung können sie Diamanten ritzen, sagt Kaner. Die Herstellung des Materials ist zudem kostengünstig, da nicht der hohe Druck erforderlich ist, der für die Diamantenproduktion im Labor erforderlich ist.

An Khang (laut Live Science )

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