Industriediamanten

Diamanten werden längst nicht zu Schmuck verarbeitet oder als Wertanlage verarbeitet. Auch im handwerklichen, maschinellen, technischen und medizinischen Bereich sind Diamanten nicht wegzudenken – Industriediamanten.

Definition Industriediamant

Industriediamanten sind Diamanten, die nicht für die Verwendung als Edelstein (z.B. für Schmuck) oder als Investment in Betracht kommen. Vielmehr stehen als Verwendungszweck von Industriediamanten technisch-industrielle Motive im Vordergrund.

Edelstein versus Industriediamant

Unter dem Begriff Edelstein werden Mineralien ab einer Mohshärte 7, die von besonderer Schönheit (bspw. Reinheit, Qualität der Farbe) und die vergleichsweise selten sind, zusammengefasst.

Diamanten sind per se Edelsteine; für die Eignung als Industriediamant werden bei Diamanten zusätzlich die 4C zur Einschätzung der Qualität herangezogen:

Color – Farbe
Clarity - Reinheit
Cut – Schliff
Carat – Karat/Gewicht

Viele der weltweit abgebauten Diamanten entsprechen nicht den Standards von Diamanten in Edelsteinqualität. Oftmals ist das Gewicht bzw. die Größe der Steine zu gering, Unreinheiten wie Einschlüsse von anderen Mineralien, Gasen oder Flüssigkeiten beeinträchtigen Transparenz und Brillanz oder die Farbe des Diamanten erscheint zu ungleichmäßig.

Die Gründe, weshalb der Großteil der zu Tage geförderten Diamanten aussortiert wird, sind vielfältig. Große Diamanten werden mitunter einer Farbkorrektur oder Farbänderung unterzogen. Dennoch erfüllen offiziellen Angaben zufolge nur 30 Prozent der globalen Fördermenge die Ansprüche für die Eignung als Edelstein. Die restlichen 70 Prozent werden als Industriediamanten gehandelt.

Verwendung von Industriediamanten

Industriediamanten kommen dann zum Einsatz, wenn konventionelle Werkzeuge bei der Bearbeitung unterschiedlichster Materialien an ihre Grenzen stoßen.

Harte Materialien wie Metall, Legierungen, harte Gesteine wie Gneis und Basalt oder andere Edelsteine wie Rubin, Saphir und Smaragd, Beton, Stahlbeton, Mauersteine, Fliesen oder Pflastersteine lassen sich aufgrund der individuellen Härte nur bedingt oder gar nicht von gewöhnlichen Werkzeugen bearbeiten. Anders verhält es sich bei Diamantsägen, Diamantbohrern, Diamantschleifblättern, Diamantschwämmen oder diamantbesetzte Schleifpads, die beim Bohren, Schleifen, präzisen Sägen und Polieren zum Einsatz kommen. Tiefenbohrungen in den Untergrund der Erde sind erst mit diamantbesetzten Bohrern möglich geworden.

Aufgrund der Tatsache, dass es bislang auf der Erde kein Material oder Mineral gibt, das härter ist als Diamanten, sind Diamanten in der Lage, jedes andere Material, das folglicherweise weicher ist als Diamanten, zu zerschneiden, polieren oder aufzubohren.

Daneben werden Industriediamanten aufgrund der optischen und thermischen Leitfähigkeit in Linsen, Lasern, elektrischen Leitern und Sensoren in Computern, Smartphones und chirurgischen Instrumenten bei Operationen eingesetzt.

Neben der Härte, Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit ist es vor allem die Beständigkeit im Sinne der Langlebigkeit und des geringen Verschleißes des Materials, was Diamanten zu einem konkurrenzlosen Werkstoff etabliert hat.

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Natürlicher und synthetischer Industriediamant

Wie bereits erwähnt, besitzen nicht alle Diamanten Edelsteinqualität. Dennoch entsprechen die 70 % der ausgelisteten Diamanten nicht der Menge, die für industrielle Zwecke benötigt wird. Um den Bedarf nach Diamanten decken zu können, werden Diamanten gezüchtet – synthetische Diamanten. Der Anteil von Synthetikdiamanten an der Summe aller Industriediamanten beträgt 97 Prozent. Lediglich drei Prozent sind auf natürlichem Weg entstandene Diamanten.

Hinsichtlich der Eigenschaften weisen Industriediamanten die gleichen Eigenschaften auf wie natürliche Diamanten. Beide Diamantarten sind ebenso hart (Mohshärte 10) und schwer (Dichte). Genau wie fernab der weißen populären Diamanten natürliche und künstliche Diamanten farbig sein können. Stichwort Fancy Diamant; Diamanten in Gelb, Orange, Rot, Rosa/Pink, Violett, Blau, Braun, Grau und Schwarz.

Herstellung von Industriediamanten

Die Synthese von Industriediamanten stellt die Bedingungen nach, unter denen natürliche Diamanten entstehen.

Der Baustein von Diamanten ist Kohlenstoff, der in der Reinform als Lonsdaleit, Graphit und Diamant vorkommt.

Damit ein Diamant entsteht, sind zwei Faktoren ausschlaggebend: Hohe Temperaturen (ca. 1.200 bis 1.400 °C) und hoher Druck. Solche Voraussetzungen sind auf Erde unterhalb der Erdoberfläche gegeben, weshalb die meisten Diamanten im Bereich von 150 bis 650 km unter der Erdoberfläche vorkommen. Ebenfalls möglich ist die Entstehung von Diamanten im Zuge von Meteoriteneinschlägen, bei denen ebenfalls hohe Temperatur- und Druckverhältnisse infolge des Impakts vorliegen.

Die erste erfolgreiche Synthese eines Diamanten geht auf Erik Lundblad (1869 bis 1944) zurück. Am 15. Februar 1953 präsentierte der schwedische Physiker der Weltöffentlichkeit den Diamanten. Mit den Jahren entwickelten sich die Kenntnisse, Fähigkeiten und technischen Möglichkeiten der Diamantenzucht weiter.
Seit 1955 hat sich im Zuge dessen das High Pressure High Temperature-Verfahren (HPHT = Hoher Druck hohe Temperaturen) etabliert, das die Entstehung von natürlichen Diamanten simuliert, indem Kohlenstoff in einer Spezialpresse einer Temperatur von 1500 °C und einem Druck von 60.000 kbar ausgesetzt wird. Neben der kostengünstigen Produktion ist ein wesentlicher Vorteil der HTHP-Methode die Schnelligkeit. Diamanten brauchen

Jahrtausenden, um zu hochkarätigen Kristallen heranzuwachsen. Mittels HPHT entstehen innerhalb von einer Woche Diamanten in der Größe von einem Karat (1 Karat = 0,2 Gramm), ein großer Fortschritt - in der Anfangszeit der Diamantsynthese waren die Steine im Durchschnitt zwischen 0,26 bis 0,3 K groß.

Nach der Kristallisation wird der Kunstdiamant zunächst zu einem homogenen Pulver zerkleinert und Herstellungsrückständen gereinigt.

Abhängig vom Verwendungszweck wird das Diamantpulver anschließen aufbereitet, sodass zwischen monokristallinen und polykristallinen Industriediamanten unterschieden wird.

Während monokristalline Pulver aufgrund der hervorragenden Spaltbarkeit zum Schleifen und Polieren verwendet werden, dienen zusammengesetzte, polykristalline Industriediamanten zum Polieren und Schneiden. Infolge des konglomeratartigen Aufbaus sind polykristalline Industriediamanten findet bei ein stetiger Schärfungsprozess statt, weil bei Benutzung mikroskopisch winzige scharfkantige Bruchstellen entstehen. Alternativ zu mit Diamantpulver beschichteten Werkzeugen werden im Handel Diamantpasten bzw. diamanthaltige Polierpasten angeboten.

Eine andere Methode, Werkzeuge mit Diamanten mehr Härte zu verleihen, erfolgt über die sog. Gasphasenabscheidung. Unter Vakuumbedingungen werden die mit Industriediamanten zu beschichtenden Werkzeuge einem Gemisch aus Methan (Kohlenstoff-Lieferant) und Wasserstoff ausgesetzt. Im Zusammenspiel mit Druck und Hitze entsteht eine Schicht aus Diamanten, die je nach gewünschter Schichtdicke unterschiedlich mächtig sein kann.

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Quellen:
⇒ www.vollstaedt.com
⇒ https://minerals.usgs.gov - Diamond (industrial)
⇒ www.gia.edu - Synthetic Diamonds: From dark Industrials to bright gems
⇒ https://geology.com - Diamond. The most popular gemstone. The hardest known substance. An amazing number of uses
⇒ www.industrialdiamondslabs.com
⇒ https://minerals.usgs.gov
⇒ www.gia.edu - Features of Synthetic Diamonds

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Letzte Aktualisierung: 21. Oktober 2021