Eigenschaften von synthetischem Diamant

Eigenschaften von synthetischem Diamant

Seine Molekularstruktur macht synthetischen Diamant zum vielseitigsten Hochleistungswerkstoff der Welt.

Die außergewöhnlichen Eigenschaften der von Element Six hergestellten Werkstoffe aus synthetischem Diamant machen diese für zahlreiche, hochentwickelte Anwendungen in Industrie, Wissenschaft und Haushalt nutzbar.

Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften macht synthetischen Diamant von Element Six zu einem der faszinierendsten Hochleistungswerkstoffe der Welt. 

Derzeit forscht Element Six an zahlreichen neuen Anwendungen, die das Potenzial haben, in Industrie und Wissenschaft die Performance zu steigern und wirtschaftliche Vorteile zu bringen.

Die Eigenschaften von synthetischem Diamant auf einen Blick:

  • Breitestes Spektrum an elektromagnetischer Transparenz aller Stoffe
  • Breite elektronische Bandlücke (sie führt selbst bei hohen Spannungswerten minimalen Strom)
  • Fähigkeit zur Kombination/Dotierung mit Bor und die Annahme einer elektrischen Leitfähigkeit, die Metall ähnlich ist
  • Höchste bekannte Wärmeleitfähigkeit
  • Höchste bekannte Temperaturwechselbeständigkeit
  • Geringe thermische Ausdehnung
  • Niedrige Dielektrizitätskonstante und niedriger dielektrischer Verlust
  • Hohe Ladungsträgerbeweglichkeit
  • Sehr geringer Reibungskoeffizient
  • Chemische und biochemische Reaktionsträgheit
  • Ausgezeichnete Eigenschaften als elektrischer Isolator

Mechanische Eigenschaften
Die außerordentliche Härte von synthetischem Diamant sowie dessen sehr geringer Reibungskoeffizient bieten bei mechanischen Anwendungen entscheidende Vorteile. Denn längere Werkzeugstandzeiten verringern die Stillstandzeiten und senken dabei die Betriebskosten sowie den CO2-Ausstoß. Eine extrem harte Form von synthetischem Diamant ist der polykristalline Diamant (PKD), der als Werkstoff für den Großteil aller Öl- und Gasbohrköpfe verwendet wird. Kein anderer Werkstoff eignet sich so gut für die extremen Einsatzbedingungen in diesem Bereich. Außerdem bietet er den Betreibern von Bohranlagen klare wirtschaftliche Vorteile. Synthetischer Diamant ist jedoch weit mehr als nur extrem hart, so kann er auch mit superfeinen Präzisionskanten gefertigt werden ‒ eine Grundvoraussetzung zum Beispiel bei der Herstellung chirurgischer Skalpelle in der Augen- und Neurochirurgie.

Optische Eigenschaften
Synthetischer Diamant hat das breiteste Spektralband aller bekannten Elemente – es erstreckt sich vom ultravioletten bis zum ferninfraroten und dem Millimeterwellen-Mikrowellenbandbereich. In Verbindung mit seinen mechanischen und thermischen Eigenschaften macht ihn das zum idealen Fensterwerkstoff für zahlreiche Anwendungen ‒ in Industrie, Forschung und Entwicklung ebenso wie in der Verteidigung und bei Laseranwendungen. Hier ist vor allem die Produktion von Laseroptiken zu nennen, bei der synthetischer Diamant als optimales Austrittsfenster für CO2-Laser dient, wie sie zum Beispiel bei Schneidanwendungen in der Automobilindustrie eingesetzt werden.

Thermische Eigenschaften
Mit der höchsten bekannten Wärmeleitfähigkeit (viermal höher als Kupfer) ist synthetischer Diamant der ideale Werkstoff für Wärmemanagementanwendungen, bei denen optimale Leistungen gefordert ist. Synthetischer Diamant leistet einen wertvollen Beitrag bei sämtlichen elektrischen und elektronischen Anwendungen, bei denen Wärmestaus empfindliche Schaltkreise zerstören oder zu schweren Leistungsverlusten führen können. Eine der ersten erfolgreichen Anwendungen von synthetischem Diamant auf diesem Gebiet war die Nutzung als Kühlkörper für empfindliche Bauteile in der Telekombranche und der Mikroelektronik.

Elektrochemische Eigenschaften
Synthetischer Diamant ist chemisch und biologisch reaktionsträge. So kann er unter widrigen physikalischen, chemischen und radioaktiven Rahmenbedingungen bestehen, die andere Stoffe zerstören würden. In der Tat ermöglichen seine einzigartigen elektrochemischen Eigenschaften die effiziente Oxidation organischer und anorganischer Verbindungen. Darauf aufbauend, ist es Element Six gelungen, eine auf synthetischem Diamant basierende Lösung für die Wasseraufbereitung in Industrie und Haushalten zu entwickeln.

Außerdem lässt sich mit Anoden aus synthetischem Diamant Ozon erzeugen, und zwar in einem Umfang, der die Anwendung für Haushalte, Restaurants, Hotels und Krankenhäuser nutzbar macht, und das wirkungsvoller und zuverlässiger als alle anderen verfügbaren Technologien.

Elektronische Eigenschaften
Synthetischer Diamant verfügt auch über eine Reihe hochinteressanter elektrischer Eigenschaften. So hat er eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen dielektrischen Verlust, eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und eine breite elektronische Bandlücke, die selbst bei hohen Spannungswerten minimalen Strom ermöglicht. All das prädestiniert ihn für den Einsatz in hochentwickelten Anwendungen im Gesundheitswesen. Hierzu gehört die Therapie von Patienten mit Augenkrebs, bei der auf synthetischem Diamant basierende Strahlungsdetektoren die mittels korrekte Dosierung sicherstellen, dass ausschließlich von Krebs betroffenes Gewebe anvisiert wird und nicht gesundes Gewebe im Umfeld.

An der Harvard Universität verwenden Quantenphysiker synthetischen Diamant von Element Six in höchster Reinheit, um auf diesem Werkstoff basierende Quantencomputertechnologie zu entwickeln, die schnellere Datenverarbeitung und sichere Kommunikation ermöglichen könnte.

Die außergewöhnlichen Eigenschaften von synthetischem Diamant als Halbleiter, verbunden mit den ihm eigenen thermischen Eigenschaften, leisten außerdem einen wichtigen Beitrag bei der Entschlüsselung der Geheimnisse des Urknalls. Synthetischer Diamant wird in den Teilchendetektoren des Large Hadron Colliders beim CERN in der Schweiz eingesetzt, wo er das erforderliche Niveau an ultraschnellen, strahlungstoleranten Sensoren bereitstellt, die Protonenkollisionen alle 25 Nanosekunden messen können.

Akustische Eigenschaften
Polykristalliner CVD-Diamant* ist ein wichtiges Bauteil in Highend-Lautsprechern. Mit CVD-Diamant von Element Six ausgestattete Hochtöner erreichen Frequenzen von 70 kHz, was zu einer unübertroffen klaren und transparenten Klangwiedergabe führt. Element Six hat die Technologie perfektioniert, CVD-Diamant in komplexen geometrischen Formen und genau den richtigen Stärken zu züchten, um Kalotten mit hervorragenden akustischen Eigenschaften herzustellen. Hochtöner, die auf unserem synthetischem Diamant basieren, werden unter anderem von Bowers & Wilkins in ihrer Spitzenbaureihe „Serie 800“ eingesetzt. *(CVD = chemical vapour deposition – dt.: chemische Abscheidung aus der Gasphase)

Unser Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Und dies ist nur der Anfang. Bei Element Six liegt der Schwerpunkt von Forschung und Entwicklung auf innovativen Hochleistungswerkstofflösungen für unsere, gleich für welche Anwendung. Hier kann Element Six nicht nur auf eigene Ressourcen zugreifen, sondern auch auf akademische Partner, die in Sachen Hochleistungswerkstoffe weltweit führend sind, wie die Universität von Warwick, Harvard und die Universität von Witwatersrand.

Um mehr darüber zu erfahren, wie wir die Leistungsfähigkeit von synthetischem Diamant, kubischem Bornitrid, siliziumgebundenem Diamant und Hartmetall für Industrie und Wissenschaft nutzbar machen, besuchen Sie unsere Seiten Industriezweige, Anwendungen und Innovation.