CVD-Diamanten (Chemical Vapor Deposition) sind im Labor gezüchtete Diamanten, die ähnliche Eigenschaften wie natürliche Diamanten aufweisen, darunter extreme Härte und hervorragende optische Eigenschaften.Die Form der Oberflächen von CVD-Diamanten wird durch den Wachstumsprozess beeinflusst, der zu einer polykristallinen Struktur mit Kristallitspitzen führt, die tetraedrische oder pyramidale Formen annehmen können.Diese Formen sind ein direktes Ergebnis des mikrokristallinen Wachstumsprozesses, bei dem sich Kohlenstoffatome in einer kontrollierten Umgebung auf einem Substrat ablagern und eine dichte, reine Schicht mit einheitlicher Dicke bilden.Die Oberflächenrauhigkeit und die Kornstruktur von CVD-Diamanten entwickeln sich mit der Dicke, was zu einer ungleichmäßigen Zusammensetzung führt.Aufgrund dieser einzigartigen Struktur eignen sich CVD-Diamanten für verschiedene industrielle Anwendungen, insbesondere für das Schneiden von Nichteisenwerkstoffen, wo ihre Härte und Dauerhaftigkeit erhebliche Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen wie PKD bieten.
Die wichtigsten Punkte erklärt:
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Polykristalline Struktur:
- CVD-Diamanten werden in einer polykristallinen Form gezüchtet, d. h. sie bestehen aus mehreren kleinen Kristallen und nicht aus einem einzigen großen Kristall.Diese Struktur führt zu einer Oberfläche, die nicht vollkommen glatt ist, sondern stattdessen Kristallitspitzen mit unterschiedlichen Formen aufweist.
- Die Kristallitspitzen nehmen häufig eine tetraedrische oder pyramidale Form an, die auf den mikrokristallinen Wachstumsprozess zurückzuführen ist.Diese Formen tragen zu der scharfkantigen Rauheit der Diamantoberfläche bei, die sie für Schleif- und Schneidanwendungen sehr effektiv macht.
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Wachstumsprozess und Oberflächenformung:
- Beim CVD-Verfahren wird ein Substrat in eine mit kohlenstoffreichem Plasma gefüllte Kammer gelegt.Im Laufe der Zeit lagern sich die Kohlenstoffatome auf dem Substrat ab und bilden eine Diamantschicht.
- Während die Diamantschicht wächst, entwickeln sich die Oberflächenrauheit und die Kornstruktur.In der Anfangsphase des Wachstums kann die Oberfläche glatter sein, aber mit zunehmender Schichtdicke werden die Kristallitspitzen ausgeprägter, was zu den charakteristischen tetraedrischen oder pyramidalen Formen führt.
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Oberflächenrauhigkeit und Kornstruktur:
- Die Oberfläche von CVD-Diamant ist nicht gleichmäßig; sie weist eine Rauheit auf, die sich mit der Dicke der Diamantschicht verändert.Diese Rauheit ist eine direkte Folge des polykristallinen Charakters des Diamanten, bei dem jeder Kristall unabhängig voneinander wächst, was zu einer ungleichmäßigen Oberfläche führt.
- Die Kornstruktur von CVD-Diamant ist ebenfalls uneinheitlich und weist Unterschiede in der Kristallgröße und -ausrichtung auf.Diese Ungleichmäßigkeit ist auf den Wachstumsprozess zurückzuführen, bei dem die verschiedenen Kristalle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und in unterschiedlichen Richtungen wachsen.
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Industrielle Anwendungen:
- Aufgrund seiner einzigartigen Form und Struktur eignet sich CVD-Diamant hervorragend für industrielle Anwendungen, insbesondere für Schneid- und Schleifwerkzeuge.Die scharfkantige Rauheit und die Härte der Diamantoberfläche ermöglichen ein müheloses Schneiden durch Nichteisenwerkstoffe.
- CVD-Diamantwerkzeuge haben im Vergleich zu PKD-Werkzeugen (polykristalliner Diamant) eine deutlich längere Standzeit, die oft 2-10 Mal länger ist.Außerdem sind sie etwa 35 % leistungsfähiger als PKD-Werkzeuge, was sie in vielen industriellen Bereichen zur bevorzugten Wahl macht.
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Optische und mechanische Eigenschaften:
- CVD-Diamanten haben hervorragende optische Eigenschaften, darunter eine hohe Durchlässigkeit vom tiefen Ultraviolett bis zu den Mikrowellenlängen.Dadurch eignen sie sich für optische Anwendungen, bei denen eine hohe Transparenz erforderlich ist.
- Die mechanischen Eigenschaften von CVD-Diamant, wie z. B. seine extreme Härte (8.500 kgf/mm²), machen ihn sehr haltbar und widerstandsfähig gegen Verschleiß.Allerdings eignet er sich nicht zum Schneiden von Stahl, da hohe Temperaturen den Diamanten schmelzen können, was zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Form von CVD-Diamant durch seine polykristalline Struktur gekennzeichnet ist, wobei die Kristallitspitzen oft tetraedrische oder pyramidale Formen annehmen.Diese einzigartige Struktur in Verbindung mit seinen hervorragenden mechanischen und optischen Eigenschaften macht CVD-Diamant für verschiedene industrielle Anwendungen sehr wertvoll.
Zusammenfassende Tabelle:
| Aspekt | Beschreibung |
|---|---|
| Struktur | Polykristallin mit tetraedrisch oder pyramidal geformten Kristallitspitzen. |
| Wachstumsprozess | Kohlenstoffatome lagern sich auf einem Substrat ab und bilden eine dichte, reine Diamantschicht. |
| Oberflächenrauhigkeit | Verändert sich mit der Dicke, was zu einer ungleichmäßigen, scharfkantigen Oberfläche führt. |
| Industrielle Anwendungen | Ideal für die Zerspanung von Nichteisenwerkstoffen; 2-10x längere Standzeit als PKD-Werkzeuge. |
| Mechanische Eigenschaften | Extreme Härte (8.500 kgf/mm²), aber nicht zum Schneiden von Stahl geeignet. |
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