Superharte Diamantkeramiken für den Tiefseebergbau und die Offshoreförderung

© Fraunhofer IKTS

Pumpengehäuse (SICcast Mineralguß GmbH) mit einer Innenauskleidung aus superharter Diamantkeramik.

Im Tiefseebergbau oder bei der Offshoreförderung von Öl und Gas sind Lebensdauern und Wartungsfreiheit der eingesetzten Maschinen von 10 bis 30 Jahren gefordert. Für verschleißbelastete Pumpenkomponenten, Rohrsegmente oder Düsen beispielsweise ist das mit herkömmlichen Werkstoffen kaum erreichbar. Daher entwickelt das Fraunhofer IKTS zusammen mit Partnern der Fraunhofer-Allianz AdvanCer für dieses Einsatzfeld superharte, verschleiß- und korrosionsfeste Diamantkeramiken.

Diese neuen Diamantkeramiken können im Gegensatz zu kommerziellen Diamantwerkstoffen kostengünstig und in komplexen Geometrien durch konventionelle keramische Technologien hergestellt werden – zum einen als kompakte Bauteile und zum anderen als 300 bis 500 μm dicke Schichten in hochbeanspruchten Bauteilbereichen. Dabei wird die Diamant-Preform mit flüssigem Silicium infiltriert. Während der Infiltration bildet sich ein dreidimensionales Gerüst aus, in das der Diamant chemisch eingebunden wird. Durch diese SiC-Bindung lassen sich nicht nur Festigkeiten von 450 bis 500 MPa, sondern auch eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit erreichen. Darüber hinaus belegen tribologische Untersuchungen, dass die Verschleißfestigkeit der entwickelten Diamantkeramiken um den Faktor 10 höher als die von kommerziellen Borcarbid-Werkstoffen ist und sie ein Verschleißverhalten ähnlich dem von extrem hartem polykristallinen Diamant (PKD) aufweisen.

Die Gefüge der Werkstoffe können in einem weiten Bereich gezielt eingestellt werden, wodurch sich Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaftsprofilen herstellen lassen. Die entwickelten Diamantkeramiken erschließen damit neue Möglichkeiten, verschleiß- und korrosionsfeste Komponenten auch für Anwendungen über den Tiefsee-Bereich hinaus kostengünstig herzustellen.