Glaskohlenstoff

TEM-Aufnahme von Glaskohlenstoff.

Glaskohlenstoff, auch glasartiger Kohlenstoff genannt, ist ein hochtechnologischer Werkstoff aus reinem Kohlenstoff, der glasartige keramische Eigenschaften mit denen des Graphits vereint.

Eigenschaften

Glaskohlenstoff besitzt eine Hochtemperaturbeständigkeit unter Schutzgas oder Vakuum bis über 3000 °C, extreme Korrosionsbeständigkeit, Flüssigkeits- und Gasdichtigkeit (He-Permeabilität 10^-9 bis 10^-11 cm²/s), keine Benetzung durch Schmelzen, hohe Härte (HV 250-350) und Festigkeit (Biegefestigkeit um 250 MPa, Steifigkeit um 35 GPa), geringe Dichte (1.4 bis 1.5 g/cm³), hohe Oberflächengüte, geringe thermische Ausdehnung (um 2.5 x 10^-6 1/K zwischen 20-2000 °C), extreme Thermoschockbeständigkeit, moderate thermische (4-6 W/(K x m) bei 20 °C) und elektrische Leitfähigkeit (2 x 10⁴ 1/(Ω x m)), Isotropie der physikalischen und chemischen Eigenschaften und gute Biokompatibilität.^[1]

Modell der Mikrostruktur von Glaskohlenstoff.

Glasartiger Kohlenstoff ist eine Kohlenstoffform mit einer stark fehlgeordneten Graphitstruktur. Die Kohlenstoffatome mit sp²-Bindung sind in Ebenen mit hexagonaler Symmetrie angeordnet. Die TEM-Aufnahme zeigt Graphitkristallite, die kleine Poren der Größe um 1 nm einschließen. Das Elektronenmikroskop bildet nur die Basalebenen ab, die in Richtung des Elektronenststrahls orientiert sind.

Das Modell veranschaulicht die Mikrostruktur von Glaskohlenstoff. Die Stege bestehen aus Graphitkristalliten mit einer Schichtdicke von 4–10 Basalebenen. Anders als bei Aktivkohle sind die Poren nicht untereinander verbunden. Die Streuung der Größe der geschlossenen Poren ist gering. Sie liegt, je nach Herstellung, um 1−5 nm. Makroskopisch erscheint Glaskohlenstoff isotrop. Das Modell erklärt die geringe Dichte gegenüber Graphit, die hohe Härte und Festigkeit und die Isotropie der Werkstoffparameter.

Eine mechanische Bearbeitung ist auf Grund der hohen Härte nur mit Diamantwerkzeugen möglich. Eine spanende Bearbeitung ist nicht möglich. Alternative Bearbeitungsverfahren sind Funkenerosion (EDM), Wasserstrahlschneiden (Wasserstrahlschneidemaschine) oder Laserschneiden.