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Der Superheld

Seit einem halben Jahrhundert ist ZERODUR® Glaskeramik ihrer Zeit voraus. Die einzigartige Erfolgsgeschichte eines Werkstoffs, der sich praktisch nicht ausdehnt und dadurch nicht nur in der Astronomie Großes leistet.

Seit einem halben Jahrhundert ist ZERODUR® Glaskeramik ihrer Zeit voraus. Die einzigartige Erfolgsgeschichte eines Werkstoffs, der sich praktisch nicht ausdehnt und dadurch nicht nur in der Astronomie Großes leistet.

Dass sich Materialien bei Wärme ausdehnen und bei Kälte zusammenziehen, ist eine scheinbar unumstößliche physikalische Gegebenheit. ZERODUR® Glaskeramik ignoriert dies seit 50 Jahren. Weil sie es kann. Ein Werkstoff wie aus einer anderen Welt. Ein Werkstoff, der schon immer seiner Zeit voraus ist. Ein Werkstoff, der sich praktisch nicht ausdehnt? Um diese heldenhafte Stärke von ZERODUR® Glaskeramik in Zahlen auszudrücken, benötigt man viele Nullen und einen bildhaften Vergleich. Zehn Kilometer lange Eisenbahnschienen aus Stahl dehnen sich bei einer Temperaturerhöhung von 20 Grad Celsius um zwei Meter aus. Unter gleichen Bedingungen wäre es bei ZERODUR® Glaskeramik nur ein Millimeter. Auf ein Spiegelsegment des Extremely Large Telescope (ELT) mit 1,45 Meter Durchmesser umgerechnet, würde dies aufgrund des geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glaskeramik nur eine Abweichung im millionstel Millimeterbereich bedeuten, also 0,000001 Millimeter. Ein unvorstellbar kleiner Wert. Daher trägt ZERODUR® Glaskeramik ihren Namen durchaus zu Recht: null Ausdehnung.

Aber woher kommen diese Superkräfte, zu denen noch eine völlig isotrope Struktur, eine extrem hohe Homogenität und eine porenfreie Oberfläche gehören? Chemisch betrachtet ist ZERODUR® Glaskeramik ein Lithium-Aluminium-Silikat, also ein Hybrid aus Glas und Kristallen. Das Geheimnis ist die ausbalancierte Mischung von 30 bis 50 Nanometer kleinen Kristallen, die in eine Glasmatrix eingebettet sind. Das Grundrezept ist seit der Patentanmeldung 1967 nahezu unverändert. Einem Team von Werkstoffspezialisten um den späteren SCHOTT Vorstand für Forschung & Entwicklung, Dr. Jürgen Petzoldt, war es gelungen, durch findige Prozesstechnik diese besondere Glaskeramik zu entwickeln.

Homogen und porenfrei auch bei Bauteilen bis zu 4 Metern: ZERODUR® setzt Maßstäbe.
Geburtsstunde von ZERODUR® Glaskeramik: Die Produktion des Werkstoff s wurde seit 1968 immer weiter optimiert.

Trotz nahezu ähnlicher Rezeptur hat sich der Werkstoff in den vergangenen fünf Jahrzehnten weiterentwickelt – weil das SCHOTT Wissen ständig wuchs. Heute erhalten die Kunden maßgeschneiderte ZERODUR® Produkte, beispielsweise mit einer individuellen Streuung der Längenausdehnung, dem sogenannten Alpha-Wert. „Wir haben Materialkenntnisse gesammelt, die in dieser Tiefe kein Wettbewerber hat“, weiß Thomas Werner. Der 54-Jährige ist Leiter des SCHOTT internen ELT-Projekts und war als Messtechniker bereits bei der Fertigung der Spiegelträger für das Very Large Telescope beteiligt. „Zusammen mit den Kunden haben wir ZERODUR® immer weiter optimiert“, sagt Werner. Aktuell investiert SCHOTT einen mittleren zweistelligen Millionen-Euro- Betrag in sein Glaskeramik- Kompetenzzentrum in Mainz.

Heute bestehen die Hauptkomponenten der bedeutendsten Spiegelteleskope aus ZERODUR® Glaskeramik. Dabei sind die vier Hauptspiegel des VLT mit jeweils einem Durchmesser von 8,20 Meter die größten jemals hergestellten monolithischen Glasteile. „ZERODUR® Glaskeramik entfaltet ihre Stärken nicht nur beim Blick ins All, sondern auch bei kommerziellen Hightech-Applikationen mit hohen Präzisionsanforderungen etwa im Bereich Messtechnik, Luftfahrt sowie Halbleiter- und FPD-Technologie“, bemerkt Dr. Thomas Westerhoff, Leiter Strategisches Marketing ZERODUR®. Ein Erfolg, der ohne die spektakulären Astronomieprojekte nicht möglich gewesen wäre. Daher würdigt die Europäische Südsternwarte (ESO) den technologischen Meilenstein in der Werkstoff-Entwicklung auf ungewöhnliche Art. Auch wenn das ELT frühestens 2024 in Chile das erste Licht empfängt, gibt es schon heute in der neuen ESO-Ausstellung Supernova bei München ein sechseckiges Segment aus ZERODUR® Glaskeramik des Hauptspiegels zu bewundern – und zu berühren.

In der Luft- und Raumfahrt ist ZERODUR® Glaskeramik besonders gefragt. Durch den Abtrag des Materials in eine Dreiecksstruktur gelingt es, superleichte, aber dennoch extrem stabile Spiegel herzustellen.

Wo ZERODUR® Glaskeramik zum Einsatz kommt

IC Lithography
ZERODUR bietet höchste Präzision in der Chip-Produktion. Bei der Herstellung der extrem geringen Strukturbreiten moderner integrierter Schaltkreise für Computer und Smartphones werden ZERODUR Glaskeramik-Komponenten eingesetzt.

FPD Lithography
ZERODUR wird in der Produktion von LCD-Displays (Liquid Crystal Displays) und OLED-Displays (Organic Light Emitting Diode) eingesetzt. Es hilft als Präzisionsmaterial bei der Lithographie zur Strukturierung der Display-Glasflächen und dient als Spiegelmaterial in der Optik zur Abbildung der Photomaske auf Glas.

Aviation
ZERODUR in Ringlaser-Gyroskopen hilft als stabile Trägerstruktur bei der Navigation von Flugzeugen oder U-Booten. Die Messgeräte erfassen die Drehbewegungen.

Space
ZERODUR Glaskeramik steckt als gewichtsreduziertes Substratmaterial für die Spiegel in vielen Weltraum-Teleskopen zur Stern- oder Sonnenbeobachtung. Zugleich werden die Leichtgewichtsspiegel auch in Wettersatelliten eingesetzt.

Metrology
ZERODUR unterstützt die Hochpräzisions messtechnik für Längen oder Winkel. Es dient als Substrat für Präzisionslängen und Winkel normale und hilft im Maschinen- und Anlagenbau bei der exakten Positionierung von Subsystemen.

Astronomy
ZERODUR ist aus der erdgebundenen Stern- oder Sonnen beobachtung nicht mehr wegzudenken. Es hat sich als Substratmateriel für Teleskopspiegel – aus einem Guss oder segmentiert – bewährt.

13. Juli 2018

Kontakt

Dr. Thomas Westerhoff
Advanced Optics
SCHOTT AG

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