Schneidemaschine dank Diamant-Polykristall um das Zweifache verstärkt

31.01.2019 |  Von  |  Maschinen, News
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Schneidemaschine dank Diamant-Polykristall um das Zweifache verstärkt
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Wissenschaftler des Laboratoriums für ultraharte Werkstoffe (Laboratory of Ultrahard Materials) der National University of Science and Technology „MSIS“ konnten einen einzigartigen synthetischen Diamant-Polykristalltypen erzeugen.

Verstärkt mit speziellen Nanomodifikatoren bildet dieser die Grundlage für eine innovative Diamantendüse für eine Wasserstrahlschneidemaschine, die massiv in der Maschinenbau-, Fertigungs- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Die Verschleissfestigkeit des neuartigen Diamant-Polykristalls ist um 30-50% höher als die seiner weltbesten Analoga.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit wird die Wasserstrahl-Schneidetechnologie in verschiedenen Branchen weltweit eingesetzt – Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt, Elektronik- und Glasindustrie, Gehäuse- und Industrieproduktion sowie für die Herstellung von Kunst- und Werbeartikeln.

Es handelt sich hierbei um ein Schneidverfahren, bei dem anstelle eines Schneiders ein Wasserstrahl und ein Schleifmittel als Schnittwerkzeug verwendet werden und Wasser bei hoher Geschwindigkeit mit grossem Druck ausgestossen wird. Das physikalische Prinzip hinter diesem Mechanismus liegt in der Trennung und Aufnahme der Schneidematerialpartikel, ein Vorgang, der durch die hohe Fliessgeschwindigkeit der Feststoffpartikel erfolgt. In natürlichen Gegebenheiten erfolgt dieser Prozess auf natürliche Weise und wird allgemein als Wassererosion bezeichnet.

Eines der funktionalen Elemente der Maschine ist die sogenannte strahlformende Düse, durch die bei hoher Geschwindigkeit mit einem Druck von ca. 4000 bar ein Wasserstrahl und Schleifmittel fliessen. Dieser Strahl ist dazu in der Lage, nahezu jeden Werkstoff zu schneiden – Metall, Stein und auch Maschinenteile, die mit ihm in Berührung treten. Demzufolge zählen die extreme Stärke und Verschleissfestigkeit der Düse zu den determinierenden Parametern für die Leistungsfähigkeit der Schneidemaschine.

Ausschliesslich das härteste und robusteste auf der Erde existierende Material – die kubische Modifikation des Kohlenstoffs, der Diamant – kann dem Wasserstrahl standhalten. Wissenschaftler des Laboratoriums für ultraharte Werkstoffe (NUST MISIS) konnten das strahlformende Maschinenelement verstärken und somit die Lebensdauer des Elements durch die Schaffung eines innovativen Polykristalls als Ganzes steigern.

„Der einzigartige Diamant-Polykristall, der im Labor synthetisiert wurde, resultiert aus der Wechselwirkung von Graphit mit schmelzflüssigen Katalysatoren bei extrem hohen Temperaturen und grossem Druck sowie aus der nanodispersen Aushärtung der Probe, was durch spezielle Modifizierer auf Titannitridbasis erfolgt“ -Dr. Nikolai Polushin, Projektleiter, Leiter des Laboratoriums für ultraharte Werkstoffe.

Der auf diese Weise gewonnene Polykristall verfügt über einen erhöhten Abriebwiderstand. Laut der Testergebnisse des Labors ist die Widerstandsfähigkeit der Kristalle um 50 % höher als die ihrer Analoga.

„Allgemein gesprochen stellt die Synthese künstlicher Diamanten einen komplexen Prozess dar, nämlich die Auswirkungen extremer Temperatur- und Druckbelastungen auf den unbearbeiteten Graphit für einen streng definierten Zeitraum“ – fügt Polushin hinzu.

Auf der Grundlage des synthetisierten Werkstoffes konnten Ingenieure bereits die ersten Chargen an Diamantendüsen zur Implementierung in der Wasserstrahl-Schneidemaschine herstellen. Tests ergaben, dass ihre Nutzung die Lebensdauer des Elements um das Anderthalb- bis Dreifache verlängert und zusätzlich eine Erhöhung des sich in ihr befindlichen Drucks und der Durchflussrate ermöglicht, weshalb noch robustere und strapazierfähigere Werkstoffe produziert werden können.

 

Quelle: The National University of Science and Technology MISiS
Bildquelle: The National University of Science and Technology MISiS

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