Kristalle als Kühlverstärker

Die Crystal GmbH ging 1990 aus dem Werk für Fernsehelektronik in Oberschöneweide hervor und befasst sich seit über 20 Jahren mit der Herstellung und Bearbeitung kristalliner Materialien. Ihre optischen Komponenten wie zum Beispiel technische Fenster, Linsen oder auch Prismen werden in der optischen Industrie oder der Forschung verwendet.

Durch ein neues Verfahren stellt die Crystal GmbH Zylinder aus Gadolinium-Gallium-Granat-Kristallen (GGG – Gd3 Ga5 O12) her. Bei GGG handelt es sich um große Einkristalle, also in einem Stück gewachsene Kristalle, mit paramagnetischen Eigenschaften. Sie finden in der Dünnschichtepitaxie und in adiabatischen Entmagnetisierungskryostaten Anwendungen. Die Crystal GmbH arbeitet in diesen Bereichen mit Unternehmen zusammen, die Kryostate herstellen; dabei handelt es sich um Geräte, in denen sehr niedrige Temperaturen erreicht werden können.

Der Kristall wird in den Kryostaten verbaut und dient quasi als »Kühlverstärker«, erklärt Susanne Brandt. Die Mineralogin ist für den Vertrieb bei Crystal GmbH mit Sitz im Technologie- und Gründerzentrum Spreeknie zuständig. In der Forschung arbeitet man heute bereits mit Temperaturen unter 1K (K = Kelvin; 0 K ist der absolute Nullpunkt). Durch die adiabatische Entmagnetisierung – sie wurde 1926 zur Erzeugung tiefster Temperaturen unter 1K entwickelt – erreicht man eine Abkühlung bis auf 21 Millikelvin (mK). Besonders interessant ist dieser »Temperaturgrenzbereich« zum Beispiel für die Sensortechnik und in Verbindung mit supraleitenden Werkstoffen.

»Verfahren, in denen Kristalle eingesetzt werden, spielen in heutigen Technologien eine immer größere Rolle«, erklärt Frau Brandt. »Gleichzeitig stellt uns jede neue Entwicklung auch bei der Bearbeitung vor neue Herausforderungen «. Von den GGG Zylindern fertigt die Crystal GmbH in der Regel kleine Serien oder Einzelstücke mit 40 Millimetern Durchmesser. Die Zylinder erfordern dabei eine aufwändige Bearbeitung, die bisher nur eine Handvoll Unternehmen weltweit beherrscht. »Bei der Bearbeitung müssen kristalltypische Eigenschaften berücksichtigt werden und bringen große Anforderungen an die maschinelle Ausstattung mit sich.«

Die Ansprüche an die Genauigkeit und an die Geometrien der Werkstücke sind mit denen in der traditionellen Metallbearbeitung gleichzusetzen. Die Bearbeitung lässt sich jedoch nicht einfach auf kristalline Werkstoffe übertragen, sagt Susanne Brandt. Das Material ist spröder und die Wärmeinbringung, die bei der Bearbeitung von großen Werkstücken einhergeht, war für die Bearbeitung bislang ein großes Problem.

Bild: Christoph Eckelt
(Zylinder aus Gadolinium-Gallium-Granat-Kristallen)
Text: Reimund Lepiorz