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Artikel mit den Schlüsselbegriffen CVD DIAMANT

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Kleinste Durchmesser prozesssicher beschichten: CFK und Graphit mit Multilayern bezwingen

Kleinste Durchmesser prozesssicher beschichten: CFK und Graphit mit Multilayern bezwingen

Faserverstärkte Kunststoffe, Aluminium-Silizium-Legierungen oder das im Formenbau beliebte Graphit – in Zerspanoperationen mit solchen Werkstoffen ist eine wirtschaftliche Bearbeitung oftmals nur mit diamantbeschichteten Bohrern oder Fräsern möglich. Das etablierte CVD-(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren scheidet kristalline und nanokristalline sowie Multilayer Diamantschichten auf nahezu sämtliche Geometrien – auch kleinster Durchmesser – ab. Die Cemecon AG aus Würselen bietet dazu den entsprechenden Service, inklusive Know-how sowie Technologie.

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Cemecon AG
Deutschland

Genaue Konturen durch Diamantbeschichtungen

Genaue Konturen  durch Diamantbeschichtungen

Toleranzen im Mikrometer-Bereich einzuhalten gehört bei Werkzeugen der spanenden Fertigung längst zu Standardaufgaben. Schneidenschärfe, Belastbarkeit und Oberflächenglätte sind jedoch nicht allein von Konstruktion und Material des Werkzeugs abhängig. Vielmehr spielt auch die Wahl der Beschichtung eine wichtige Rolle. Mit ihren patentieren CCDia-Diamant-Schichtwerkstoffen kombiniert die Cemecon AG höchste Glätte mit maximalem Abrasionswiderstand – und das ohne „Präzisionsverlust“.

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Eckart Uhlmann, Christoph Hein, Robert Bolz
IWF TU Berlin
Deutschland

Direktstrukturierung von CVD-Diamant durch Laserablation

Direktstrukturierung von CVD-Diamant durch Laserablation
Das Fertigungsverfahren Funkenerosion (EDM, Electrical Discharge Machining) wird unter anderem bei der Herstellung von Mikrospritzguss- und Mikroprägewerkzeugen eingesetzt. Aufgrund der gewünschten hohen Verschleißfestigkeit dieser Werkzeuge, die mit entsprechenden mechanischen Eigenschaften wie hoher Härte und hoher Festigkeit des jeweiligen Werkstoffes einhergehen, sind bestimmte Strukturen mit spanenden Fertigungsverfahren oft nur schwer, bei komplexen Geometrien überhaupt nicht fertigbar. Die Funkenerosion, mit ihrer thermischen Wirkungsweise unabhängig von mechanischen Werkstoffeigenschaften, deckt diesen Bereich ab und stellt ein geeignetes Verfahren zur Herstellung komplexer Mikrogeometrien dar. Neben den EDM-Parametern hat auch der Werkzeugelektrodenwerkstoff großen Einfluss auf Bearbeitungsdauer, Verschleißverhalten und Bearbeitungsergebnis des EDM-Prozesses [1, 2]. Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts wird am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin mit Unterstützung des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle WTM der FAU Erlangen-Nürnberg der Einsatz von strukturierten bordotierten CVD-Diamantfolien als Werkzeugelektroden für die Mikrofunkenerosion erforscht. Dieser Werkstoff eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften wie hoher Schmelztemperatur TS, einer hohen Wärmeleitfähigkeit λW und der hohen mechanischen Festigkeit σ bei geringer Masse für den Einsatz im µEDM-Bereich [3]. Die Herstellung der Diamantfolien erfolgt am WTM. Zur Mikrostrukturierung der CVD-Diamantfolien wird das Fertigungsverfahren Laserablation eingesetzt. Die folgend beschriebenen Untersuchungen zur Parameteroptimierung wurden am IWF durchgeführt.
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Klaus Prem, Dr. Matthias Schreck,Dr. Martin Fischer, Dr. Stefan Gsell
Experimentalphysik IV Institut für Physik Universität Augsburg
Deutschland

Ein 155-Karäter mit 92 mm Durchmesser: der größte synthetische Diamant der Welt kommt aus Augsburg

Ein 155-Karäter mit 92 mm Durchmesser:  der größte synthetische Diamant der Welt kommt aus Augsburg

Nach 25 Jahren intensiver Forschung ist Physikern der Universität Augsburg erstmals die Synthese von einkristallinen Diamantscheiben gelungen, die hinsichtlich ihrer Fläche selbst den Vergleich mit den Kronjuwelen der englischen Königin nicht scheuen müssen. In der renommierten Zeitschrift Scientific Reports berichten sie jetzt über ihre spektakulären Ergebnisse und über den langen Weg zu diesem Erfolg.

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Eckart Uhlmann, Dirk Oberschmidt, Stephanie Frenzel, Julian Polte
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin
Deutschland

Methode zur Erfassung von Temperaturen in der Diamantschneide

Thermomechanische und vor allem chemische Verschleißmechanismen beeinflussen die Kontaktflächen unmittelbar zwischen dem Diamantwerkzeug und dem Werkstück bei der Ultrapräzisions(UP)-Zerspanung. Dabei handelt es sich um ein bereits häufig untersuchtes Phänomen in Bezug auf die Stahlzerspanung, jedoch nicht hinsichtlich der Zerspanung vermeintlich „diamantzerspanbarer“ weicher Buntmetalle, wie Aluminium oder Kupfer. Innerhalb des UP-Prozesses hängen arithmetische Mittenrauwerte Ra und Peak-to-Valley-Werte P-V in hohem Maße von dem Verschleißzustand des Diamantwerkezuges ab. Die Werkzeugtemperatur  ϑ ist hierbei als noch nicht hinreichend untersuchte Prozessgröße für die ganzheitliche Betrachtung des auftretenden Diamantverschleißes zu sehen [2]. Darüber hinaus können die gewonnenen Temperaturdaten dazu dienen, bestehende Temperaturmodelle anzupassen, wenn nicht sogar zu korrigieren [2]. Bisher basiert der Werkzeugwechselzeitpunkt tWW vorrangig auf systematischen Werkzeugwechseln, veranlasst aufgrund der erzeugten Oberfläche, des ersichtlichen Werkzeugzustandes oder individueller Erfahrung des Maschinenbedieners. Es ist anzunehmen, dass eine kosteneffiziente UP-Zerspanung mit einem optimalen Werkzeugwechselzeitpunkt tWW basierend auf Temperaturdaten erzielt werden kann. Im Gegensatz zur Makrozerspanung ist derzeit in der UP-Zerspanung kein aussagekräftiges Online-Monitoring für Diamantwerkzeuge verfügbar. Der aktuelle Mangel an geeigneten Temperaturmessmethoden hinsichtlich Baugröße, Auflösung und Ansprechzeit ist Ausgangspunkt für das hier vorgestellte Grundlagenforschungsprojekt, welches durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird.
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Eckart Uhlmann, Bartek Stawiszynski, Falk Protz
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin
Deutschland

Siliziumnitride für die Anwendung als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikfräswerkzeug bei der Zerspanung von modernen faserverstärkten Kunststoffen

Abbildungen: IWF

Die Zerspanung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) stellt eine der aktuellsten Herausforderungen in der Werkzeugherstellung dar. Neue Schneidstoffe und -geometrien werden entwickelt, um die spanende Bearbeitung dieser modernen Hochleistungswerkstoffe zu ermöglichen. Heutzutage werden üblicherweise unbeschichtete bzw. beschichtete Hartmetallwerkzeuge in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, die ein nachteiliges Einsatzverhalten (z. B. hohe Schneidkantenverrundung oder Freiflächenverschleiß) nach bereits kurzer Prozesszeit aufweisen. Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin (IWF) wird eine Alternative zum Schneidstoff Hartmetall für die Zerspanung von FVK angewendet. Verschiedene Sorten von Siliziumnitrid werden auf ihre Schneidgeometriegestaltbarkeit überprüft und der erfolgversprechendste Typ im Einsatz als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikwerkzeug beim Umfangfräsen von FVK untersucht. Die Ergebnisse der Verschleißanalyse werden dargestellt.