Exquisites Spürgerät im Dienst der Diamantproduktion

Zusammenarbeit mit dem Institut für Niedertemperaturplasmaphysik in Greifswald

Der härteste Stoff der Welt wird aus flüchtigen Teilchen gewonnen: im Reaktor entsteht synthetischer Diamant aus heißen Gasen. Für Untersuchungen, die den Prozessablauf und das Ergebnis verbessern sollen, hat der Erlanger Lehrstuhl Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM) von Prof. Dr. Robert Singer einen hochkarätigen Partner gefunden. Das Institut für Niedertemperaturplasmaphysik (INP) in Greifswald stellt eine hochgenaue Laser-Messtechnik zur Verfügung, die es ermöglicht, die Konzentration und Verteilung verschiedener für das Diamantwachstum wichtigen Moleküle und Radikale simultan im Detail zu bestimmen.

Ein Teil auf eine Milliarde Teilchen kann die „Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy“ aufspüren. Mit solchen Fähigkeiten rechtfertigt das Messgerät seinen Preis, der über einer halben Million Euro liegt. Um das Diamantherstellungsverfahren der Chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zu optimieren, ist dieser infrarot-spektroskopische Aufbau ein äußerst wertvolles Hilfsmittel. Es ermittelt die exakte Zusammensetzung der Prozessgase und macht es möglich, jeweils den Bezug zum beobachteten Diamantwachstum herzustellen. In Versuchsreihen können Temperatur, Gasdruck und Gaszusammensetzung kontrolliert verändert und schließlich so gewählt werden, dass der Diamant schneller und in besserer Qualität gezüchtet werden kann.

Gemeinsam sind Dr. Frank Hempel (links) vom INP und Dipl.-Ing. Joachim Hirmke vom WTM am laseroptischen Aufbau des INP beschäftigt, der vor der in Eigenbau entstandenen Diamantzüchtungsanlage der Universität Erlangen-Nürnberg angebracht wurde.

Der aus der Gasphase abgeschiedene synthetische Diamant hat ebenso wie Naturdiamant herausragende Materialeigenschaften, die für technische Anwendungen interessant sind. Er ist nicht nur unvergleichlich hart, sondern auch extrem wärmeleitfähig, chemisch beständig und gut bio-verträglich. Diese Eigenschaften machen Diamant zu einem vielseitig einsetzbaren Werkstoff. Hauptsächlich wird CVD-Diamant als ultraharte Verschleißschutzschicht auf Werkzeugen oder in Tribologischen Systemen wie z. B. Gleitringen in Pumpen verwendet. In der Mikroelektronik werden Diamant-Wärmesenken zur effektiven Kühlung von Hochleistungsbauelementen eingesetzt. Auf dem Feld der Medizintechnik untersucht man Diamant als Überzug für metallische Komponenten von Hüft- und Kniegelenksimplantaten. An der Universität Erlangen-Nürnberg wird seit vielen Jahren Know-how zur Diamantbeschichtung der unterschiedlichsten Materialien aufgebaut. Die WTM-Ausgründung DiaCCon GmbH versucht, dies für industrielle Anwendungen umzusetzen.

Weitere Informationen

Dipl.-Ing. Joachim Hirmke
Lehrstuhl Werkstoffkunde und Technologie der Metalle
Tel.: 09131/85-27520
Joachim.Hirmke@uni-erlangen.de