EuroWire January 2015

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Technischer artikel
Januar 2015 48
die den Verkauf vereinfachen oder
attraktiv gestalten würden. Darüber hinaus
können diese Ziehsteine leicht während
des Ziehens brechen, besonders bei
hoher Geschwindigkeit und hochfesten
Werkstoffen.
Hartmetallziehsteine können sehr
preisgünstig in einer großen Auswahl an
Lochdurchmessern (von 0,4 bis 60mm
oder sogar darüber hinaus) hergestellt
werden und finden in einem breiten
Anwendungsbereich Einsatz (dank
niedriger Kosten). Sie weisen jedoch
wegen der kurzen Lebensarbeitszeit auch
ernsthafte Nachteile auf (sie nutzen leicht
ab und verlieren schnell die Toleranz).
Das bewirkt wiederum eine minderwertige
Produktqualität sowie große
Abfallmengen, z. B. Kupfer und Aluminium,
was bei einer Massenproduktion nicht
akzeptabel wäre.
Eine Lösung dieser beiden Problemen
bot sich mit der Entwicklung der Technik
der Diamantschichten durch chemische
Gasphasenabscheidung (CVD) an.
Synthese und Charakterisierung von
Diamantbeschichtungen haben ein
weitverbreitetes Forschungsinteresse[1]
erlangt und diese verschleißfeste
Beschichtung kann für Ziehsteine leicht
ausgenutzt werden.
Die Diamantbeschichtung
durch Heißdraht-aktivierte
Gasphasenabscheidung (hot-filament
CVD, HFCVD) auf die Innenlochoberfläche
der Hartmetall-Ziehsteine bietet
besonders gute Ergebnisse, denn
dieselben Vorteile der traditionellen
Diamantziehsteine werden geboten,
jedoch mit höheren Leistungen in den
Schlüsselbereichen.
Zum Beispiel eine sehr hohe Härte
(70~100 GPa), einen sehr niedrigen
Reibungskoeffizient (~0,1), eine sehr
hohe thermische Leitfähigkeit (8~20W/
cm⋅K) und chemische Trägheit. Im
Wesentlichen bietet die HFCVD-Technik
gewaltige Wettbewerbsvorteile bei
größeren Lochdurchmessern, wo
traditionelle Diamantziehsteine einen
ziemlich niedrigen Einfluss auf die
Wirtschaftsentwicklung haben.
Speziell genießen die mit nanokristallinen
Diamanten beschichteten Ziehsteine
einen eindrucksvollen Ruf beim Ersatz
von Hartmetall- und PKD-Ziehsteine für
Verdichtungsanwendungen bei Kupfer-
und Aluminiumstromkabeln bis zu
Lochdurchmessern von 60mm. [2].
Einer der entscheidenden Vorteile
der HFCVD ist die Produktion von
Diamantbeschichtungen mit niedriger
Rauheit. Das war schon immer
eine große Herausforderung für
konventionelle polykristalline Diamant-
Oberflächenschichten.
Da die durch konventionelle
CVD-Verfahren abgeschiedenen
synthetischen Diamantschichten
polykristallin mit einer großen Korngröße
sind, resultiert daraus eine sehr raue
Oberfläche, in Anbetracht der sehr hohen
Oberflächenenergie des Diamanten.
Diamant ist das härteste bekannte
Material, daher sind die Schleifmethoden
schwierig anzuwenden und sehr
zeitaufwändig, besonders bei
dünnen Diamantschichten. Der
Reibungskoeffizient nimmt zu, wenn die
Diamantschichten rauer werden.
Eine derartige Oberflächenrauheit eignet
sich nicht für mehrere Anwendungen,
insbesondere für Aluminiumleiter-
Ziehanwendungen, die in hohem
Maße von der sehr niedrigen Reibung
des Verfahrens und der sehr hohen
Oberflächenbeschaffenheit des Produkts
profitieren, wobei nun beide Merkmale
durch die mit dem HFCVD-Verfahren
erzielten Schichten geboten werden.
2 Vorbereitung der
Ziehsteine mit
nanokristallinen
Diamantverbundstoff-
Beschichtungen
(nano-dies)
Die Autoren des vorliegenden Artikels
haben das Problem der hohen
Oberflächenrauheit der polykristallinen
Diamantbeschichtungen durch
die Abscheidung nanokristalliner
Diamantverbundstoff-Beschichtungen
gelöst.
Diamantverbundstoffschichten mit
einer glatten Oberfläche wurden
durch ein zweistufiges chemisches
D a m p f a b s c h e i d u n g s v e r f a h r e n
abgeschieden, das zunächst die
Abscheidung des konventionellen rauen
polykristallinen Diamanten und dann
die nanokristallinen Diamantschichten
einschließt.
Ziehsteine aus gesintertem Hartmetall
YG6 (Co 6%) wurden als Trägermaterialien
eingesetzt, die anhand verschiedener
Methoden vorbehandelt wurden,
einschließlich Kobaltlaugung durch
Eintauchen in speziellen Reagenzien
und durch Kratzen des Trägermaterials
mit Einsatz von Diamantpulvern[3].
Konventionelle und nanokristalline
▲ ▲ Abb. 2: Zweidimensionale Sicht der REM-Abbildungen der polykristallinen und nanokristallinen
Diamantbeschichtung
(a) (b)
▼ ▼ Abb. 4: Aussehen des Ziehsteins mit nanokristalliner
Diamant-Verbundstoff-Beschichtung(nano-die)
▼ ▼ Abb. 3: Raman-Streuung der polykristallinen
Diamantbeschichtung (schwarz) und der
nanokristallinen Diamantbeschichtung (rot)
Intensität (au)
Wellenzahl (cm-1)
Darunterliegende polykristalline Diamantschicht
Oberflächliche
nanokristalline
Diamantschicht