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Materialwissenschaft: Neuer Superwerkstoff trotzt dem Verschleiß

Der Physiker Pei Wang von der Sichuan University (China) und seine Kollegen haben eine Mischung aus Diamant und Bornitrid hergestellt und damit ein extrem widerstandsfähiges Material geschaffen, das die Vor­züge beider Ausgangsstoffe vereint. Es ist fast genau so hart wie Diamant, aber deutlich hitzebeständiger als dieser. Aus ihm lassen sich äußerst verschleißarme Schneidwerkzeuge herstellen.

Die Industrie benötigt spezielle Materialien, um widerstandsfähige Werkstoffe wie gehärteten Werkzeugstahl zu bearbeiten. Diamant ist dabei wegen seiner unübertroffenen Härte meist das Mittel der Wahl. Allerdings hält er keine hohen Temperaturen aus: Ab zirka 680 Grad Celsius oxidiert er, weshalb er sich nicht als Schleif- und Poliermittel für eisenhaltige Legierungen eignet. Kubisches Bornitrid (cBN) dagegen ist als Schleifmaterial äußerst temperaturbeständig, aber nur halb so hart wie Diamant.

Die chinesischen Forscher vermischten Diamant- und cBN-Staub im Verhältnis 1:1, wobei die Größe der Staubkörnchen zwischen zwei und vier Mikrometern lag. Dann setzten sie das Gemenge mehrere Minuten lang Drücken zwischen 11 und 20 Gigapascal und Temperaturen zwischen 1000 und 2300 Grad Celsius aus. Unter diesen Bedingungen sintert das Gemisch zu einem transparenten, kris­tallinen Feststoff. Er ist ähnlich hart wie Diamant, oxidiert aber erst ab etwa 800 Grad Celsius. Versuche zeigten, dass das Material sowohl Werkzeugstahl als auch Granit sehr gut schneidet und dabei viel weniger verschleißt als Diamant und cBN einzeln.

November 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2015

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  • Quelle

Wang, P. et al.: Diamond-cBN Alloy: A Universal Cutting Material. In: Applied Physics Letters 107, 2015