Müheloses Gleiten auf kostbarem Grund

News: Müheloses Gleiten auf kostbarem Grund

Diamant gehört zu den härtesten Stoffen überhaupt. Dass der kostbare Kohlenstoff auch über hervorragende Gleiteigenschaften verfügt, ist dagegen wenig bekannt. Denn bislang haperte es an geeigneten Methoden, dem widerspenstigen Material ein hinreichend glattes Gesicht zu verschaffen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden entwickelten jetzt ein Verfahren, dem dieses Kunststück gelingt.

"Diamor" heißt der neue Lieblingswerkstoff der Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden. Das Kunstwort setzt sich aus "Diamant" und "amorph" zusammen – zwei Zuständen eines einzigen Elements, des Kohlenstoffs. Bildet die Substanz Kristalle, so resultiert der harte, durchsichtige und nichtleitende Diamant. Als Graphit dagegen zeigt sich Kohlenstoff weich, schwarz und elektrisch leitend. Im amorphen Zustand können die Eigenschaften von denen des Diamant bis zum Graphit reichen. Ein Umstand, den sich die Forscher zu Nutze machten.

Bislang erzeugen Wissenschaftler Diamantschichten künstlich, indem sie winzige Diamantpartikel in einer Oberfläche verankern und ein kohlenstoffhaltiges Gas – etwa Methan oder Acetylen – mit Hilfe von Mikrowellen zersetzen. Die dabei freiwerdenden Kohlenstoffatome lagern sich an die Diamantkeime und bilden eine geschlossene Fläche. Das Problem dieses Verfahrens ist, dass die Oberflächen unregelmäßig und rau waren.

"Wir gehen im Unterschied dazu von einer anderen Modifikation des Kohlenstoffes, dem Graphit, aus", erläutert Hans Joachim Scheibe vom Forscherteam. Dieses Material werde explosionsartig verdampft und erzeuge energiereiche Kohlenstoffionen, die in die zu beschichtenden Oberfläche eindringen und sich fest verankern. "Dabei entsteht zwar keine geordnete Kristallschicht, doch ähnelt die Beschichtung stark dem Diamant und erreicht eine vergleichbare Dichte."

Zum Verdampfen des Graphits eignen sich Laserstrahlen sowie elektrische Lichtbögen. Während der teurere Laserbeschuss sehr gut gesteuert werden kann, brennen die effizienteren Lichtbögen nahezu unkontrolliert. Daher kombinierten die Forscher beide Methoden miteinander: "Dabei stellen wir mit einem Laserimpuls einen Lichtbogen auf der Kathodenoberfläche her – durch Verschiebung des Laserfokus beschichten wir dann die ganze Fläche", erklärt Scheibe.

Das Resultat ist eine Diamor-Schicht mit drei Vierteln der Härte eines Diamanten und einer sehr glatten Außenseite. Die Anwendungsmöglichkeiten der reibungsarmen Diamor-Beschichtung seien nahezu unbegrenzt, meint Scheibe. Weder Säuren noch Basen könnten derart behandelten Bauteilen schaden, überdies könnte ihnen, je nach Anforderung, elektrisch leitende oder isolierende Eigenschaften verliehen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der in geringen Mengen entstehende Abrieb aus harmlosem Kohlenstaub besteht.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 26.6.1999
"Auf dem Weg zu großen Diamantschichten"
Spektrum Ticker vom 18.9.1999
"Billige Diamanten"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 15.9.1999
"Der Diamant aus dem 'Ei'"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)