Es ist das härteste Material der Welt, und doch kann es nicht nur genutzt, um andere Materialien geschnitten werden, kann aber bearbeitet selbst sein.
Bereits vor über 600 Jahren ersten Diamanten wurden geschnitten und die gleiche Technik wird noch benutzt, um Edelsteine in exquisiten Schmuck und später in konkurrenzlos industriellen Werkzeuge zu verwandeln. Dr. Lars Pastewka und Prof. Michael Moseler Team am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg / Deutschland können jetzt enthüllen das Geheimnis, warum es ist, dass Diamanten bearbeitet werden können. Das Team veröffentlichte ihre Ergebnisse in der aktuellen Online-Ausgabe von Nature Materials. Diese Arbeit stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Tribologie-Forschung von Reibung und Verschleiß. Trotz der großen Bedeutung für die Industrie die wissenschaftlichen Grundlagen der Tribologie sind weitgehend unverstanden.
Materialabtrag Mechanismus während Diamantpolitur
Diamanten haben Grund von Handwerkern seit Hunderten von Jahren mit Graugussräder mit feinen Diamant-Partikel Drehen auf rund 30 Metern pro Sekunde an den äußeren Rand besetzt worden. Ein sehr ausgeprägten Sinn für Klang und Gefühl ermöglichen einen erfahrenen Diamantschleifer die Rohdiamanten im richtigen Winkel halten, um eine glatte und polierte Oberfläche zu erzielen. Die Tatsache, dass Diamanten gerichtet reagieren für eine lange Zeit ist bekannt, sagt Lars Pastewka. Das physikalische Phänomen wird als Anisotropie bezeichnet. Die Kohlenstoffatome im Diamantgitter bilden Netzebenen, von denen einige leichter als andere polnisch, je nachdem in welchem Winkel der Diamant statt.
Seit Hunderten von Jahren haben Forscher für eine logische Art und Weise zu erklären, diese empirische Phänomen gesucht, und sind bisher erfolglos. Ebenso hat niemand in der Lage zu erklären, warum es möglich ist, dass das härteste Material der Welt bearbeitet werden können. Die Wissenschaftler in Freiburg haben diese beiden Fragen mit Hilfe eines neu entwickelten Berechnungsverfahren beantwortet.
Michael Moseler, erklärt die Methode in juristischer Hinsicht: »In dem Moment, ein Diamant geschliffen wird, ist es nicht mehr ein Diamant« Aufgrund der hohen Geschwindigkeit die Reibung zwischen der Rohdiamanten und die Diamant-Partikel in die gusseiserne Rad, ein völlig anderes ». Glas-like carbon Phase «wird auf der Oberfläche des Edelsteins in einer mechanisch-Prozess erstellt. Die Geschwindigkeit, mit der dieses Material Phase auftritt, hängt von der Kristallorientierung des Rohdiamanten. »Dies, wo Anisotropie kommt in«, erklärt Moseler.
Das neue Material auf der Oberfläche des Diamanten, fügt Moseler, ist dann »abgezogen« auf zwei Arten: das Pflügen Wirkung der scharfkantigen Diamant-Partikeln in das Rad immer wieder abkratzen winzigen Kohlenstoff Staubpartikel von der Oberfläche - dies wäre nicht werden in den ursprünglichen Zustand Diamant, der zu schwer ist und in dem die Bindungskräfte zu groß wäre möglich. Die zweite, ebenso wichtige Auftreffen auf die in der Regel undurchdringlich harte Kristalloberfläche wird durch Sauerstoff (O) in die Luft. Die O 2-Moleküle Anleihe mit Kohlenstoffatomen (C) innerhalb des instabilen, langen Kohlenstoffketten, die auf der Oberfläche der Glasphase gebildet haben zur Herstellung des atmosphärischen Gases CO 2, Kohlendioxid.
Und wie war es möglich zu bestimmen, wann und welche Atome würden von der kristallinen Oberfläche ablösen? »Wir haben sehr eng an der Quantenmechanik der Bindungen zwischen den Atomen an der Oberfläche des Rohdiamanten zu brechen. Wir mussten das Kraftfeld zwischen den Atomen im Detail zu analysieren «, erklärt Lars Pastewka.
Wenn man diese Kräfte versteht, gut genug, kann man genau beschreiben - und das Modell - wie um und brechen Bindungen. »Dies ist die Grundlage für Untersuchungen der Dynamik der Atome an der Reibungsfläche zwischen einem Diamanten Teilchens auf das Rad und die Rohdiamanten selbst« zur Verfügung gestellt, ergänzt Pastewka. Er und sein Kollege Moseler haben die Wege von rund 10.000 Diamant-Atome berechnet und folgte ihnen auf dem Bildschirm. Ihre Berechnungen hat sich gelohnt: ihr Modell in der Lage ist, alle Prozesse in der staubigen und lange missverstanden Methode der Diamant-Schleifscheiben beteiligt zu erklären.
Das neu entwickelte Modell ist nicht nur ein Meilenstein im Bereich der Diamant-Forschung:. »Es beweist auch, dass Reibung und Verschleiß-Prozesse präzise mit modernen Materialien Simulationsmethoden von der atomaren Ebene zu makroskopischen Objekten beschrieben werden«, betont Prof. Peter Gumbsch, Direktor des Instituts. Er hält dies nur als ein Beispiel für die vielen Fragen zu tragen, dass die Industrie braucht Antworten auf. Diese Fragen werden in Zukunft durch die Fraunhofer IWM innerhalb des neu gegründeten Zentrums Mikrotribologie μTC angegangen unter dem Motto »machen Tribologie berechenbar«.
Quelle: http://www.fraunhofer.de/