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Quantensprung bei der Zerspanung mit Diamantschneiden

Die Herstellung von polykristallinem CVD-Dickfilm-Diamant für Zerspanungswerkzeuge ist bereits seit mehr als zehn Jahren bekannt. Hierbei handelt es sich um ein echtes polykristallines Diamantmaterial ohne Binder im Gegensatz zum bekannten PKD-Schneidstoff mit meist auf Cobalt basierenden Binderanteilen. Für diesen seit Jahrzehnten verwendeten „polykristallinen Diamant“ wäre sicherlich die Bezeichnung: „Diamant-Verbundschneidstoff“ treffender.

Eine Methode zur Herstellung von CVDDickfilm-Diamant ist das Mikrowellen- Plasma-CVD-Verfahren. Hier wird aus dem Gasplasma der Kohlenstoff entzogen, der sich dann als polykristalliner Diamant auf einer Unterlage mit einem Durchmesser zwischen 100 und 250 mm niederschlägt. Dabei beträgt die Wachstumsgeschwindigkeit zwischen einem und zehn Mikrometer pro Stunde. Die Standard-Dicken liegen zwischen 0,5 und 1,2 mm. Als Diamant-Schneidstoff lässt sich CVDDickfilm-Diamant mit dem monokristallinen Diamant vergleichen und bewerten. Die Herstellungskosten z. B. betragen - bezogen auf den Preis pro Karat – nur etwa 35 % eines monokristallinen Diamanten. Die bisher ermittelten Standzeiten ergeben einen klaren Vorteil für CVD-Diamant bei vergleichbaren Anwendungen. Dies überrascht keineswegs, weil hier die Vorteile des echten polykristallinen Aufbaus gegenüber dem Monokristall uneingeschränkt umgesetzt werden. Einzelne Kristalle zeigen entsprechend ihrer polykristallinen CVD-Diamant-Struktur mit 100 % Orientierung unterschiedliches Verschleißverhalten. Nicht so der Diamantanteil aber die zufällige Orientierung, bzw. Ausrichtung der Kristalle.

Die massive Überlegenheit des CVDDickfilm- Diamantschneidstoffes zeigt sich folglich auch beim Vergleich mit dem PKD-Verbundschneidstoff. Hier werden Standzeiterhöhungen bei identischen Anwendungen zwischen dem Drei- bis Zehnfachen erreicht, je nach zu bearbeitendem Werkstoff.

Die Verarbeitung zu Zerspanungswerkzeugen aller Art konnte jedoch bisher bei Weitem nicht in dem Umfang erfolgen, wie dies bei den oben geschilderten Vorteilen eigentlich zu erwarten wäre. Dies liegt einzig und allein an der Tatsache, dass der polykristalline CVD-Dickfilm-Diamant praktisch bisher nicht zu perfekten Schneiden geschliffen werden konnte, jedenfalls nicht in einem vertretbaren Kostenrahmen. Da eine Bearbeitung mittels Funkenerosion ebenfalls unmöglich ist, bleibt als einzige Lösung die Laserbearbeitung. Seit über 10 Jahren werden aus CVD-Dickfi lm-Rohlingen mit einem Schneidlaser kleine, schmal-lange Segmente herausgeschnitten, zur Herstellung unterschiedlichster Diamantwerkzeuge. Bekanntlich verdampft Diamant als reiner Kohlenstoff bei einer Temperatur ab ca. 700° C zu C02. Mit anderen Worten: Für das Schneiden von CVD-Diamant reicht eine Laserquelle mit einer sehr geringen Leistung völlig aus. Die Schneidleistung liegt trotzdem etwa zehnmal höher als die Funkenerosion eines PKD-Verbundschneidstoffs. Dieser Zusammenhang hat innerhalb der letzten drei Jahre zur Neuentwicklung der Lasertechnologie geführt, mit der perfekte Schneidkanten vollautomatisch in Serie hergestellt werden können. Die Problematik des Schleifens scheint damit endgültig gelöst und der Schneidstoff CVD-Dickfi lm- Diamant kann nunmehr den Anwendern in Form von Standard- oder Sonderwerkzeugen uneingeschränkt angeboten werden. Da nun zusätzlich zur Umfangbearbeitung, also dem Lasern der kompletten Freiwinkel, Schneidenradien, Profilen usw., jede beliebige Spanleitgeometrie gelasert werden kann, ist es nicht übertrieben, hier von einem tatsächlichen Quantensprung in der Herstellung und Anwendung von Diamantschneiden in der Zerspanung zu sprechen. Die neue Lasertechnologie zeigt sich hier als Schlüssel für diese Entwicklung.

Neben der Bearbeitung von Ceraton CVDDickfilm-Diamant der Firma Ceratonia mittels der neuen Lasertechnologie liefen umfangreiche Versuche, mit gleichfalls PKD-Verbundschneidstoff zu bearbeiten. Das Ergebnis ist beeindruckend: Die Herstellung von Schneidkanten mittels Laser erbringt eine doppelte Standzeit gegenüber dem bekannten Schleifverfahren. Diese Leistungssteigerung wird erreicht durch die Verwendung von Solid-PKD-Verbundschneidstoff des Herstellers Adico-Korea in Dicken von 0,8 bis 1,2 mm. Neun unterschiedliche Sorten von PKD-Verbundschneidstoffen stehen zur Verfügung.