EuroWire January 2015

Technischer artikel

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. ein 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. 3 : Raman-Streuung der polykristallinen Diamantbeschichtung (schwarz) und der nanokristallinen Diamantbeschichtung (rot) zweistufiges Diamantverbundstoffschichten mit einer durch glatten Oberfläche wurden

(a)

(b)

▲ ▲ Abb. 2 : Zweidimensionale Sicht der REM-Abbildungen der polykristallinen und nanokristallinen Diamantbeschichtung

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]. Vorteile der HFCVD ist die Produktion von Diamantbeschichtungen mit niedriger Rauheit. Das war schon immer eine große Herausforderung für konventionelle polykristalline Diamant- Oberflächenschichten. Einer der entscheidenden 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. Da die durch konventionelle abgeschiedenen CVD-Verfahren synthetischen

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. 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. (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/ Hartmetallziehsteine können Die Diamantbeschichtung Heißdraht-aktivierte durch Gasphasenabscheidung

Oberflächliche nanokristalline Diamantschicht

Intensität (au)

Darunterliegende polykristalline Diamantschicht

Wellenzahl (cm -1 )

▼ ▼ Abb. 4 : Aussehen des Ziehsteins mit nanokristalliner Diamant-Verbundstoff-Beschichtung ( nano-die )

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Januar 2015