Leitfähige Diamantschicht für Bauteile von Hochleistungspumpen

Dünne Schichten aus Diamant sind unvergleichlich hart und glatt und schützen stark beanspruchte Maschinenbauteile bestens vor Verschleiß. Außerdem leiten die Kohlenstoff-Kristalle überschüssige Wärme ab; nur dem elektrischen Strom setzen sie hohen Widerstand entgegen. Deshalb dürfen explosive Substanzen in einer Pumpe nicht mit diamantbeschichteten Teilen in Kontakt kommen. An der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Diamantforschungsgruppe des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM) von Prof. Dr. Robert Singer dieses Problem gelöst. In Zusammenarbeit mit dem Fürther Unternehmen DiaCCon GmbH gelang es erstmals, elektrisch leitfähige Diamantschichten auf keramischen Gleitringen herzustellen, und zwar durch Zugabe eines geringen Anteils Bor.

In der Tribologie, die sich mit Reibung, Verschleiß und Schmierung von gegeneinander bewegten Körpern befasst, werden Schutzschichten aus Diamant wegen ihrer herausragenden Eigenschaften die schwersten Aufgaben zugewiesen. Sie sind beispielsweise für den Einsatz in Hochleistungspumpen geeignet, da die hohe Härte und Wärmeleitfähigkeit und die niedrige Reibung effektiven Schutz von Gleitringen für Pumpenlager oder -dichtungen bedeutet. Pumpenteile mit Diamantbeschichtungen haben eine wesentlich längere Lebensdauer und sind äußerst belastbar; sie halten sogar im Trockenlauf durch, wo heutige Standardbauteile sofort versagen.

Natürlicher Diamant ist allerdings ein Isolator, und auch künstlich hergestellte Diamantschichten sind durch einen hohen elektrischen Widerstand charakterisiert. Bei schneller Bewegung können sich beschichtete Gleitringe daher elektrisch aufladen. Dann kann nicht ausgeschlossen werden, dass Funken überspringen, was beim Pumpen von explosiven Flüssigkeiten höchst gefährlich ist.

Eine Dotierung der Diamantschicht mit weniger als einem Prozent Bor, wie sie die WTM-Forschungsgruppe vorgenommen hat, kann diese Gefahr beseitigen. Nach dem Einbau von Bor-Atomen in das Kristallgitter besitzt der Diamant eine elektrische Leitfähigkeit, die Aufladungen verhindert. Bei Temperaturen über 600°C bildet sich außerdem Boroxid, das die Schicht zusätzlich vor Oxidation schützt. In weiteren Forschungsarbeiten soll der Einfluss der Bor-Dotierung auf die tribologischen Eigenschaften der Diamantschichten untersucht werden.