Naturdiamant oder MKD? Monokristallinen Diamant für Schneidwerkzeuge richtig wählen

Warum monokristalliner Diamant Spiegelglanz schneidet

Ein monokristalliner Diamant ist ein durchgehendes Kristallgitter ohne Korngrenzen und ohne Bindemittel. Seine Schneide lässt sich deshalb viel schärfer und glatter polieren als die jedes Werkzeugs aus Körnern. Die Schneide bildet sich auf dem Werkstück ab: Eine makellose Schneide hinterlässt direkt von der Maschine eine Spiegeloberfläche, ohne Polierschritt.

Diamant ist außerdem der härteste bekannte Werkstoff und leitet Wärme schneller ab als jedes Metall. Die Schneide bleibt bei hohen Schnittgeschwindigkeiten scharf und kühl, selbst bei weichen, schmierenden Metallen, die unter gewöhnlichen Werkzeugen ausreißen. Deshalb sind monokristalline Werkzeuge der Standard für die Hochglanzbearbeitung von Aluminium, Messing, Kupfer, Edelmetallen und optischen Kunststoffen.

Naturdiamant und MKD

Naturdiamant und MKD sind beide Einkristalle: Beide können Spiegelglanz schneiden. Sie unterscheiden sich in der Herstellung, in der Gleichmäßigkeit und im Preis.

Naturdiamant (ND)

Naturdiamant ist tief in der Erde entstanden. Für Schneidwerkzeuge werden Rohsteine einzeln nach Reinheit, inneren Spannungen und Form ausgewählt, dann orientiert und zur Werkzeugspitze poliert. Die meisten Naturdiamanten enthalten Stickstoff in aggregierter Form (Typ Ia), und keine zwei Steine sind genau gleich.

• Stärken: Ein gut ausgewählter Stein ergibt eine extrem feine und beständige Schneide. Er ist die traditionelle Wahl für die feinsten optischen und dekorativen Oberflächen.
• Grenzen: höherer Preis, begrenzte Steingrößen und natürliche Unterschiede von Stein zu Stein; die Auswahl ist entscheidend.
• Typische Anwendungen: Ultrapräzisionsoptik, Kontaktlinsen, Uhren- und Schmuckveredelung, Werkzeuge mit kleinem Radius und V-Werkzeuge.

MKD: synthetischer HPHT-Einkristall

MKD (monokristalliner Diamant) wird in einer Presse hergestellt, die die Bedingungen tief in der Erde nachbildet. Kohlenstoff löst sich bei 1.300–1.600 °C und etwa 6 GPa (rund 60.000-mal so viel wie der Luftdruck) in geschmolzenem Eisen, Nickel oder Kobalt und kristallisiert innerhalb von Tagen bis Wochen auf einem Diamantkeim. Stickstoff, der als einzelne Atome im Kristall verteilt ist, gibt MKD seine gelbe Farbe (Typ Ib).

• Stärken: gleichmäßige Qualität von Platte zu Platte, berechenbare Standzeit und regelmäßige Plattenformen, die die Werkzeuggeometrie reproduzierbar machen. Meist günstiger als ausgewählte Natursteine.
• Grenzen: Wie jeder Einkristall kann er bei Stößen oder Vibrationen ausbrechen.
• Typische Anwendungen: Glanzdrehen und Glanzfräsen von Aluminium, Messing und Kupfer; Fasen- und Gravurwerkzeuge; Kanten aus Acrylglas und Polycarbonat; die meisten Schlichtarbeiten in der Serie.

CVD-Diamant, auf Anfrage

CVD-Diamant wird in einer Vakuumkammer aus einem Gas abgeschieden. Monokristalliner CVD kann ähnlich wie MKD Spiegelglanz schneiden; CVD-Werkzeuge liefern wir auf Anfrage.

Einkristall oder PKD

PKD (polykristalliner Diamant) besteht aus vielen kleinen Diamantkörnern, die mit einem metallischen Binder, meist Kobalt, auf einem Hartmetallträger gesintert werden. Die Körner sind zufällig ausgerichtet; PKD ist deshalb zäh und widersteht dem Ausbrechen. Das macht ihn zur richtigen Wahl für das Schruppen und für abrasive Werkstoffe wie übereutektisches Aluminium und faserverstärkte Verbundwerkstoffe. Eine Schneide aus Körnern lässt sich aber nicht so scharf polieren wie ein Einkristall: PKD kann keinen optischen Spiegelglanz schneiden.

Oft arbeiten beide zusammen: PKD trägt den Großteil des Werkstoffs ab, dann macht ein monokristallines Werkzeug den letzten Spiegelschnitt. Ventilkugeln aus Messing sind ein gutes Beispiel: PKD-Platten schruppen die Kugel, dann gibt ihr ein Diamant-Schlichtwerkzeug den letzten Glanz. Bulunmaz Tools konzentriert sich auf das monokristalline Schlichten.

Vergleich auf einen Blick

Welcher Diamant für welche Aufgabe

Das sind Ausgangspunkte; die endgültige Wahl hängt von Teil, Maschine und Stückzahl ab.

Was die Qualität einer Schneide ausmacht

Zwei Werkzeuge mit derselben Form können sich sehr unterschiedlich verhalten. Vier Dinge machen den Unterschied:

• Kristallorientierung. Diamant ist in manchen Kristallrichtungen härter als in anderen. Der Hersteller orientiert jeden Stein so, dass die Schneide in ihrer verschleißfestesten Richtung arbeitet; das ist ein Hauptfaktor für die Standzeit.
• Eckenradius und Spitzenwinkel. Der Radius (zum Beispiel R0,5 mm) oder der V-Winkel (zum Beispiel 60°) bestimmt die Form, die das Werkzeug am Werkstück hinterlässt. Kleinere Radien und spitzere Winkel erreichen feinere Details, tragen aber weniger Last.
• Span- und Freiwinkel. Ein positiver Spanwinkel schneidet leichter, schwächt aber die Schneide; ein negativer ist robuster und passt zu zäheren Legierungen. Der Freiwinkel unter der Schneide kann konisch sein, das ist schärfer, oder zylindrisch, das ist steifer und behält seinen Radius nach dem Nachläppen besser.
• Welligkeit der Schneide. Die Welligkeit ist die Abweichung einer Radiusschneide von einem idealen Kreis. In Optik und Linsen prägt sich die Form der Schneide direkt in die Fläche ein: Diese Werkzeuge werden deshalb mit kontrollierter Welligkeit gefertigt, meist von 1 µm bis 50 nm.

Was monokristalliner Diamant schneiden kann und was nicht

Geeignete Werkstoffe:

• Aluminium und Aluminiumlegierungen
• Kupfer, Messing, Bronze und Berylliumkupfer
• Gold, Silber, Platin und Palladiumlegierungen
• Chemisch Nickel (Nickel-Phosphor) auf Formen
• Acrylglas (PMMA), Polycarbonat, Polyamid und andere Kunststoffe
• Germanium, Silizium und andere Infrarotkristalle

Nicht geeignet:

• Stahl, Gusseisen und andere Eisenmetalle. Bei Schnitttemperatur reagiert der Kohlenstoff des Diamanten mit Eisen, und die Schneide stumpft nach kurzem Schnitt ab.
• Sehr abrasive Werkstoffe wie übereutektisches Aluminium oder faserverstärkte Verbundwerkstoffe. Sie verschleißen eine monokristalline Schneide schnell; hier ist PKD die bessere Wahl.
• Stark unterbrochene Schnitte und Stöße, die jede monokristalline Schneide ausbrechen lassen können.