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Synthetischer Diamant wird für die Zerspanung maßgeschneidert

| Autor/ Redakteur: Tim Halpin und Jana Haas-Wittmüß / Rüdiger Kroh

Synthetische Diamanten können im Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren oder im CVD-Prozess hergestellt werden. Durch Steuerung der Größe, Festigkeit, thermischen Stabilität, Grad der Einschlüsse sowie Form der Diamanten sind maßgeschneiderte Produkte möglich, die beispielsweise die Schnittleistung verbessern.

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Bild 1: Die HPHT-Presse zum Herstellen von synthetischem Diamant ist in der Lage, 55.000 atm zu generieren.
Bild 1: Die HPHT-Presse zum Herstellen von synthetischem Diamant ist in der Lage, 55.000 atm zu generieren.
( Bild: Element Six )

Element Six ist weltweit führend bei der Entwicklung und Produktion von Hochleistungswerkstoffen aus synthetischem Diamant. Das Unternehmen hat über 50 Jahre Erfahrung in diesem Bereich und investiert kontinuierlich in Forschung und Entwicklung sowie in Innovationen rund um das Thema synthetischer Diamant. Bestes Beispiel dafür ist das rund 5000 m2 große Global Innovation Center (GIC) in der Nähe von Oxford in England. Dort sind mehr als 140 Ingenieure, Materialwissenschaftler, Physiker und Techniker in einem Team vereint. Diese beschäftigen sich mit der Diamantherstellung (Bild 1), der sogenannten Synthese, bis hin zu vielfältigen Anwendungstests.

Produktionskapazität von 50 Mio. Karat pro Jahr

Bekannt als das härteste Material der Welt geht die Nutzung von Diamanten für abrasive Anwendungen weit zurück. Geschürfte Diamanten wurden neben der Schmuckproduktion auch für Industrieanwendungen eingesetzt. Seit der Entwicklung synthetischer Diamanten in den fünfziger Jahren stiegen sowohl Nachfrage als auch Produktionskapazität stetig an, von 50 Mio. Karat pro Jahr in den sechziger Jahren auf gegenwärtig über 5 Mrd. Karat jährlich. Stabile Versorgung, Preis sowie präzise kontrollierte und konstante Eigenschaften haben es synthetischem Diamant ermöglicht, fast gänzlich den industriellen Diamantmarkt einzunehmen.

Die verschiedenen synthetischen Diamantprodukte sowie kubische Bornitridprodukte (cBN) sind für die unterschiedlichsten Anwendungen maßgeschneidert. Durch Steuerung der Größe, Festigkeit, thermischen Stabilität, Grad der Einschlüsse sowie Form der Diamanten, kann Element Six eine vollständige Produktserie für jedes Anwendungsfeld ausgerichtet auf die Diamantgröße anbieten (Bild 2). Diese Anwendungsfelder sind vielfältig und umfassen das Trennen von Gestein, das Schleifen von Keramik, Glas, Werkzeugen aus Metall oder Hartmetall und Nockenwellen sowie das Polieren und Sägen.

Es gibt zwei Herstellungsverfahren von synthetischem Diamant

Generell lässt sich sagen, dass große blockförmige Partikel mit wenigen Einschlüssen stabil sind und langsamer verschleißen. Im Gegensatz dazu sind unregelmäßige Partikel mit mehr Einschlüssen bruchfreudiger und verschleißen schneller, haben jedoch eine größeren Anzahl an scharfen Kanten.

Bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck ist Diamant ein metastabiles System von Kohlenstoff, dessen stabile Form der Graphit ist. Die SP3-Bindung ist die chemische Grundbindungsform, in der Diamant existiert. Diese kann unter unterschiedlichen Bedingungen entstehen. Abhängig von den gewünschten zu erzielenden Eigenschaften, haben sich vor allem zwei Verfahren zur Synthetisierung von Diamant durchgesetzt. Naturdiamanten wuchsen bei hohen Drücken und Temperaturen unter der Erde. Diese Bedingungen lassen sich mit Hilfe des sogenannten HPHT-Verfahrens (High Pressure High Temperature) leicht abgewandelt simulieren (Bild 1).

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