Untersuchung der Diamant-Metall- Grenzfläche in Diamantverbundwerkstoffen

Abstract

Diamantverbundwerkstoffe in Form von Diamantwerkzeugen sind zur abrasiven Bearbeitung harter Materialien von großer Bedeutung. Die Qualität und insbesondere das Verschleißverhalten solcher diamantimprägnierter Metallmatrixwerkstoffe hängt entscheidend von der Diamant-Metall-Bindung ab. Diese kann durch die Bildung von Metallkarbiden gestärkt oder durch die Bildung von Graphit geschwächt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die atomare Struktur der Diamant-Metall-Grenzfläche in Abhängigkeit der Metallmatrixzusammensetzung für vakuumgesinterte Diamant-Metall-Segmente untersucht. Unter Verwendung von Synchrotronstrahlung konnte mit Hilfe von Röntgendiffraktionsexperimenten gezeigt werden, dass die Kohlenstoffreaktivität der Übergangsmetalle der 4. Periode des Periodensystemes entscheidend von der elektronischen Besetzung des 3d-Orbitales abhängt. Chrom bildet stabile Cr3C2 und Cr7C3 Karbidstrukturen aus und unterdrückt die Graphitisierung der Diamantstruktur. Eisen ist ein deutlich schwächerer Karbidbilder und ermöglicht zudem die Bildung von Graphit. Kobalt und Nickel besitzen eine große Kohlenstofflöslichkeit und katalysieren die Diamant-Graphit Umwandlung. Kupfer verhält sich inert gegenüber den Diamanten. Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass zur Realisierung einer starken Diamant-Metall-Bindung bei gleichzeitiger Substitution von Kobalt insbesondere eine Kupfer-Chrom wie auch Nickel-Chrom Binderphase geeignet ist.