BORFASERKUNSTSTOFF

Was ist Borfaserkunststoff?

Bei der Borfaser handelt es sich um eine künstlich hergestellte anorganische Mischfaser als Sekundärfaser, deren Primärfaser eine monofile Wolfram-Mikrofaser ist und deren Fasermantel durch die Abscheidung von Bor (als Hüllschicht) in eine Borfaser transformiert wird. Die Borfaser kann Strahlung abschirmen und gewährleistet mechanische Festigkeit sowie Leichtbau, weshalb sich der Kunststoff sehr gut für Konstruktionsverbunde von Weltraumsystemen eignet. Auf die Eigenschaften der Borfaser wies bereits Claude P. Talley im Jahr 1959 hin.

Kommerzieller Borfaserkunststoff mit einem Wolframkernfaden besitzt meist einen Durchmesser von 102 µm und einen kreisförmigen Querschnitt. Sie weist Elastizitätsmoduln bis zu 428 GPa. bei Zugfestigkeiten von rund 4,0 GPa und verfügt über eine Dichte von 2,61 g/cm³. Die Druckfestigkeit liegt schätzungsweise bei mehr als 6,0 GPa. Die Knoophärte weist einen Wert von 3200 Knoop auf.

Wie wird Borfaser hergestellt?

Die Herstellung von Borfaser basiert auf einem Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung, das von Anton Eduard van Arkel entwickelt wurde. Hierbei wird Bor aus gasförmigen Verbindungen auf einen heißen Kernfaden abgelagert. Als Kernfäden kommen in der Regel Wolfram- oder Kohlenstofffäden zum Einsatz, die bei der Herstellung von Borfaser-Filamenten am Ein- und Ausgang des als Reaktionskammer dienenden geschlossenen Glasbehälters über Quecksilberkontakt elektrisch erhitzt werden. Dabei ziehen die Speicherspulen die Kernfäden kontinuierlich durch den Reaktionsbehälter, indem sie die fertigen Borfasern auf die Spulen aufwickeln. Die Robustheit der Fäden sollte bei einer Prozesstemperatur von 1350°C immer noch erhalten bleiben. Als Gas-Präkursor wird für gewöhnlich Bortrichlorid genutzt, da es konsistenter, handhabbarer und kostengünstiger als die meisten anderen Halogene ist. Außerdem die Wasserstoff hierbei als Träger- und Reduktionsgas. Der komplexe Herstellungsprozess spiegelt sich in den Preisen von Borfaserfilamenten wider, welche bei einem Durchmesser von a. 100 µm (4,0 mil) zwischen ca. 2500 und 3170 US-Dollar pro Kilo liegen.