Synthetischer Diamant wird für die Zerspanung maßgeschneidert

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Der HPHT-Prozess findet bei einem Druck von ungefähr 55.000 atm und einer Temperatur von etwa 1500°C mit Hilfe von Katalysatoren statt. Bei diesen Bedingungen wird die hexagonale Gitterstruktur des Graphits in eine kubische Gitterstruktur umgewandelt, wodurch der Diamant entsteht. Zwei Pressenarten sind bei Element Six im Einsatz, die Gürtelpresse, deren nächste Generation bald im GIC zum Einsatz kommt, sowie die kubische Presse.

Ronden werden zugeschnitten und in Werkzeuge integriert

Diese Pressen werden überwiegend für zwei Materialgruppen verwendet. Die erste Gruppe (in Bild 2 zusammengefasst), besteht aus Diamantkörnern unterschiedlicher Größen. Die zweite Materialgruppe ist die der polykristallinen Produkte, wie PKD (Polykristalliner Diamant) und PcBN (Polykristallines Kubisches Bornitrid), die in unterschiedlichen Formaten synthetisiert werden. Das häufigste Beispiel sind PKD- und PcBN-Ronden, die meist in einer Kapsel (Reaktionsvolumen) mit Hartmetallunterlage synthetisiert werden. Allerdings lassen sich auch Produkte ohne Hartmetallunterlage herstellen. Die Ronden werden im Anschluss zugeschnitten und in Werkzeuge integriert. Ein wachsender Bereich gehört den dreidimensionalen, endgeometrienahen Produkten wie PCD-Cones, PCD-Tubes, S-tec (solid technology) und V-tec (vein technology), die als Beispiel weiter unten betrachtet werden.

Ein weiterer Weg Diamant zu synthetisieren ist der CVD-Prozess (Chemical Vapour Deposition), der nicht wie der HPHT-Prozess thermodynamisch, sondern reaktionskinematisch, also durch den Ablauf physikalisch-chemischer Vorgänge, getrieben ist (Bild 3). Die Abscheidung aus der Gasphase findet in einem Bereich statt, in dem Diamant nicht das stabilste Allotrop ist, weshalb ein reiner thermodynamischer Prozess nicht möglich ist.

Mikrowellenenergie generiert ein ungefähr 2000°C heißes Plasma

Bei dem CVD-Prozess wird Gas, das unter anderem aus Methan stabilisiert durch Wasserstoff besteht, einer Reaktionskammer zugeführt, woraus mit Hilfe von Mikrowellenenergie ein ungefähr 2000°C heißes Plasma generiert wird. Bei leichtem Unterdruck lagert sich Kohlenstoff aus dem Plasma an das Diamantgitter des gekühlten Substrates an. Der dort gezüchtete Diamant wächst mit 5 bis 15 µm pro Stunde. Man differenziert ebenfalls zwischen monokristallinen und polykristallinen CVD-Produkten. Der gewachsene polykristalline Diamant unterscheidet sich vom PKD dadurch, dass er eine einzigartige Struktur ohne Binder besitzt. In Tabelle 1 und 2 sind die typischen Eigenschaften der Produkte aus unterschiedlichen Herstellungsverfahren zusammengefasst.

Die Vorteile des hartmetallunterlegten PKDs liegen in der guten Lötbarkeit sowie Bearbeitbarkeit, da PKD nicht richtungsabhängig ist. Mono-Diamanten finden zum Beispiel Verwendung, wenn hochglänzende metallische Oberflächen erzeugt werden sollen, weil die Schneidkanten keine Korngrenzen aufweisen.

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