Lokale Gefügeänderung von Lithium Aluminium Silikat (LAS) mittels ultrakurzer Laserpulse

Lithium Aluminium Silikat (LAS) gehört zu den am weitesten verbreiteten Glaskeramiken weltweit. Durch die richtige Wahl von Wärmebehandlung und Zusammensetzung des Grundwerkstoffes können die verschiedensten optischen und mechanischen Eigenschaften kombiniert werden. Da die Wärmebehandlung in einem Ofen stattfindet, können diese Eigenschaften immer nur homogen im gesamten Werkstoff eingestellt werden. Bisher ist noch kein effizientes Verfahren bekannt, um glaskeramische Werkstoffe mit lokal unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften herzustellen. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob es möglich ist, die mechanischen und optischen Werkstoffeigenschaften von LAS durch eine genau definierte Laserbearbeitung im Volumen lokal zu verändern. Durch das Erzeugen von laserinduzierten Modifikationen (LIM) in Form von Schmelzzonen war es möglich, das Gefüge von LAS lokal zu beeinflussen. 4-Punkt-Biegeversuche nach DIN EN ISO 6872 zeigten, dass durch eine schichtweise Anordnung von LIM die Biegefestigkeit um über 5 Prozent erhöht werden konnte. Durch das Überlagern von mehreren LIM konnten grössere amorphe Zonen im kristallisierten Werkstoff erzeugt werden. Dadurch war es möglich, lokal die Transmission des Werkstoffes zu erhöhen. Messungen der Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich mittels Spektrometer ergaben eine Steigerung von bis zu 18 Prozent (bei 650 nm) zwischen behandelten und unbehandelten Zonen. Die lokale Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften kann überall dort auf Interesse stossen, wo höchste Anforderungen an Werkstoffe mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient gestellt werden. Mögliche Anwendungen der erhöhten Transmission liegen im Bereich Lichtwellenleiter (Waveguides) in Glaskeramiken für integrierte optische Systeme.