Die Glaskeramik ›Zerodur‹ mit extrem geringer thermischer Ausdehnung von Schott eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen Temperaturschwankungen sowie statische und dynamische Belastungen hohe Anforderungen an Konstruktionswerkstoffe stellen. Der Schott-Wissenschaftler und Optik-Experte Dr. Peter Hartmann hat ein Modell entwickelt, mit dem sich die Festigkeit und Lebensdauer von Zerodur-Komponenten für den Einsatz bei extremen Belastungen – etwa in der Astronomie oder der Mikrolithografie – präzise vorhersagen lassen. Hartmann wurde für seine Arbeit mit dem Schott F&E-Preis 2013 ausgezeichnet.



Glas- und glaskeramische Werkstoffe halten aufgrund ihrer starken atomaren Bindungen theoretisch hohen Biegespannungen stand. In der Praxis verringern sich diese allerdings dramatisch bei Belastungen: Schuld daran sind Mikrorisse in der Oberfläche, die mit zunehmender Tiefe zum Bruch und damit zu komplettem Bauteilversagen führen können. Umso wichtiger ist es für Entwickler und Ingenieure, möglichst genaue Kenntnis über die Festigkeit der Komponenten unter verschärften Anwendungen zu erhalten – idealerweise sollten deren Ausfallwahrscheinlichkeit bei maximaler Belastung möglichst gering sein.

Hoher Kundennutzen durch exzellentes Materialverständnis


Dank des neuen wissenschaftlichen Ansatz zur Vorhersagen der Bauteilfestigkeit von Zerodur des Optik-Experten Dr. Peter Hartmann ist der auf Spezialglas spezialisierte Technologiekonzern Schott mit Hauptsitz in Mainz in der Lage, Kunden detaillierte Informationen zur Festigkeit und Lebensdauer von mechanischen und optischen Komponenten aus temperaturstabiler Zerodur-Glaskeramik zur Verfügung zu stellen. Die Arbeit weist nach, dass der konventionelle Ansatz zur Ermittlung der Festigkeit von Glas und Glaskeramik, die sognenannte ›Zwei-parametrische-Weibull-Verteilung‹ nicht mehr ausreicht, sondern durch einen modifizierten Ansatz ergänzt werden muss.



Dieser Ansatz liefert einen Mindestfestigkeitswert für definierte Oberflächenbedingungen und ermöglicht die Berechnung der Lebensdauer bei vorgegebener Spannung unter Berücksichtigung der Werkstoff-Ermüdung unter Belastung. Weiterer Vorteil: Das Modell verringert statistische Unsicherheiten sowie zu konservativ angesetzte Sicherheitsfaktoren und erlaubt deutlich höhere zulässige mechanische Belastungen von Zerodur-Komponenten als bisher.



»Die Arbeit dokumentiert einen hohen Grad an wissenschaftlich-technischer Professionalität und demonstriert die hervorragende Material- und Technologiekompetenz bei Schott«, erklärt Schott-Vorstandsmitglied Dr. Hans-Joachim Konz bei der Preisverleihung. ›Zudem unterstreicht die Arbeit unseren Anspruch, Kundnnutzen durch exzellentes Materialverständnis zu schaffen. Sie ist damit Beispiel für die gelungene Verknüpfung zwischen Wissenschaft einerseits und technischem Marketing andererseits.«