Eine ganz besondere Anwendung von Beton

 

 Aufgenommen von Irlene Torquato bei der Skulpturen-Ausstellung "Alltagsmenschen" in Eschborn/Hessen

CBN - like a diamond

Die aufgelöteten Schneidenecken der dargestellten Wendeschneidplatte sind aus CBN, dem heute zweithärtesten – nach dem Diamanten – Material. Die Abkürzung bedeutet Cubic Boron Nitrid – kubisches Bornitrid. Das Material wurde im Jahre 1969 von der Firma General Electric unter dem Namen „Borazon“ auf den Markt gebracht. Sein Preis überstieg damals den Goldpreis. Die kommerzielle Produktion von CBN hat sich erst seit den frühen 1990er Jahren etabliert. Nicht nur wegen der Härte ist CBN dem Diamanten ähnlich.

Das kubische Bornitrid weist auch ein dem Diamanten, also dem kubischen Kohlenstoff, ähnliches Kristallgitter auf. Es unterscheidet sich dadurch, dass nicht auf jedem Gitterplatz das gleiche Atom – Kohlenstoff – sich befindet, sondern dass sich Bor- und Stickstoffatome nahezu gleichrangig abwechseln. CBN wird mithilfe eines speziellen Hochtemperaturprozesses hergestellt, der auch dem der Diamant-Herstellung ähnelt. Es wird oberhalb 1600°C bei über 5000 MPa Druck aus dem hexagonalen Bornitrid umgewandelt. Als Katalysator kann man hierbei Lithiumnitrid (Li3N) verwenden. Diamant entsteht durch Umwandlung des Graphits, der ebenso hexagonalen Form von Kohlenstoff. Der Vorgang ist irreversibel, so dass die kubische Kristallmodifikation dann auch bei Raumtemperatur stabil ist.
Wie bereits erwähnt, ist CBN einer der härtesten Stoffe. Unter Normalbedingungen weist Bornitrid eine Härte nach Knoop von ca. 48 GPa (48.000 N/mm²) auf, die Diamant-Härte liegt zum Vergleich zwischen 70 und 100 GPa. Während Diamant schon bei ca. 700 °C einen massiven Härteverlust erleidet, bleibt CBN in Luft bis 1400 °C fast unverändert. So kann Diamant unter Hitzeeinwirkung mit CBN geschliffen werden.
Bedingt durch die hohe Härte verschleißen Werkzeuge aus CBN bei geeigneter Anwendung wesentlich langsamer als andere Schneidstoffe. So lassen sich eine höhere Form- und Maßgenauigkeit erreichen und sehr harte Werkstoffe (Stahl bis 70 HRC) prozesssicher bearbeiten. Allerdings ist CBN durch die hohe Härte sehr spröde, was seine Eignung für Zerspanungsprozesse einschränkt.
Weitere Ähnlichkeit Diamanten ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von CBN, wodurch die Wärme z. B. beim Schleifen von der Schleifscheibe aufgenommen wird und an das Kühlmittel oder an die Umgebung abgegeben werden kann. CBN Werkzeuge können sowohl mit als auch ohne Kühlschmierstoff eingesetzt werden. Kubisches Bornitrid zeichnet sich außerdem durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit aus, auch bei hohen Temperaturen. Es reagiert praktisch nicht mit Eisen- und Stahlschmelzen.
In der Technik wird bevorzugt polykristallines kubisches Bornitrid (PKB/englisch PCBN) verwendet. Es ist ein synthetisch hergestellter Verbundwerkstoff aus kubischem Bornitrid (CBN) mit keramischer Binderphase. Zur Herstellung von PCBN werden CBN-Mikrokörnungen aus hexagonalem Bornitrid bei hohen Temperaturen und Drücken synthetisiert. Diese Partikel werden anschließend sortiert und charakterisiert, bevor sie einen zweiten Syntheseprozess durchlaufen, der unter Zugabe eines keramischen Bindermaterials durchgeführt wird.
Technisch bedeutend ist kubisches Bornitrid (CBN) vor allem zur Bearbeitung von Stahl, da es – im Gegensatz zum Diamanten – unter Temperatureinwirkung keinen Kohlenstoff an Stahl abgeben kann. CBN kann auch zur Bearbeitung von Superlegierungen auf Nickel- und Kobaltbasis eingesetzt werden.
Übrigens: Bornitrid kommt auch in der Natur vor, es wurde 2009 in Tibet gefunden. Das einzige bekannte Bormineral bekam die Bezeichnung „Qingsongit“ nach einem chinesischen Professor für Geologie. Das farblose Mineral ist jedoch nur im Nanobereich nachweisbar. Nitride sind als Mineralien kaum zu finden. Es werden vor allem und sozusagen logischerweise Verbindungen mit Sauerstoff, dem Hauptelement der Erdkruste, gebildet.<<

Baryt, auch Schwerspat genannt

Diese weißrötlichen hahnenkammartigen Kristalle bestehen aus Baryt.

     
Die beiden Namen verdankt das verbreitete Mineral seiner hohen Dichte von etwa 4,5 g/cm³, die auch sein Erkennungsmerkmal ist. Dazu verrät der deutsche Name, dass es sich gut spalten lässt.
Baryt ist ein Industriemineral und wird hauptsächlich für die Beschwerung der Spülung bei Erdöl-Bohrungen benötigt. Aber auch als Baustoff für Kernreaktoren in Form von Barytbeton oder für Keramik und Glas sowie als Füllmaterial bei Kunststoffen und Papier findet es Anwendung.
Chemisch gesehen ist Baryt ein Sulfat von Barium, dem 14.-häufigsten Element in der Erdkruste. Voraussetzung für die Baryt-Bildung ist es allerdings, dass Barium aus den Primärmineralen freigesetzt wird und dann mit Sulfat führenden Wassern unter oxidierenden Bedingungen zusammentrifft.

Diamanten für Ziehsteine

Rohdiamanten sehen erstaunlich unauffällig aus. Aus diesen kleinen Stücken können aber funkelnde Brillanten geschliffen werden.

     
Die kostbaren Edelsteine sind auch für die Technik sehr wichtig. Dann werden jedoch keine Rohdiamanten verwendet sondern sogenannte Polykristallin-Diamanten, die industriell gefertigt werden und dadurch kostengünstiger sind. Sie besitzen aber auch die sehr hohe Härte der Naturdiamanten. Ein gutes Anwendungsbeispiel für Diamanten stellen Ziehsteine dar, mithilfe deren verschiedene Drähte sowie Heizelemente aus Nickellegierungen und hochlegierten Sonderstählen gezogen werden. Ohne Diamanten wäre die Drahtfertigung aus diesen Materialien praktisch unmöglich. Ein Ziehstein besteht aus einem harten, gelochten Diamant-Kern und einer Stahl-Ummantelung. Ein solcher Stein schafft es, viele Kilometer Draht zu ziehen. Diamanten sind nicht nur „the girls best friends“.