Was geht es heute? Erstmal möchte ich Ihnen näherführen, was ist Diamant? Was ist das

Besondere an Diamant? Wie kann man Diamant künstlich herstellen? Und wie kann man Werkstoffe

mit Diamant beschichten? Weil das ist das, was unsere Mission ist. Wir stellen Diamantbeschichtungen

auf Werkstoffoberflächen her. Und welche ja hoffentlich tollen Oberflächeneigenschaften

erreicht man mit einer Diamantbeschichtung, um den Begriff Hochleistungswerkstoff zu rechtfertigen.

So, was ist erst mal Diamant? Diamant ist reiner Kohlenstoff, aber es ist keine Kohle wie Graffit.

Der Unterschied kommt durch die Bindung. Aber im Prinzip ist beides Kohlenstoff. Hier sehen

Sie rechts unten ein Bild eines kubischen Diamanten. Sie sehen, Diamant hat prinzipiell

auch eine kubische Kristallform. Das bekannteste am Diamant ist seine große Härte. Die Härte 10,

es gibt zugleich einen Film, der die Härte 10 heißt. Und es ist der härteste bekannte Werkstoff.

Diamant leitet sehr gut Wärme, das ist nicht bekannt. Es ist der beste Wärmeleiter bei

Raumtemperatur von allen Werkstoffen. Fünfmal besser als Kupfer, obwohl Kupfer ein sehr guter

Wärmeleiter ist. Diamant leitet prinzipiell nicht den Strom. Allerdings, wenn man ihn mit

Bohr dotiert, leitet er den Strom. Man kann ihn also sowohl als Nichtleiter als auch als Leiter

herstellen. Diamant ist prinzipiell in den meisten Zäuren und Laugen sehr beständig. Erst, wenn Sie

stark oxidierend arbeiten bei hohen Temperaturen, können Sie eben Diamant verbrennen wie jeden

Kohlenstoff. Diamant ist prinzipiell sehr verschleißarm und besitzt einen sehr niedrigen

Reibungsproeffizienz. Also er reibt wenig gegen andere Werkstoffe. Also wir versuchen zum Beispiel

auch die Kufen von deutschen Rotlern zu beschichten in Zukunft, damit die schneller den Berg runter

sausen können. Aber wir sehen, ob das noch funktioniert. Und Diamant ist prinzipiell sehr

leicht, aber als Leichtbauwerkstoff ist das Volumen noch zu klein, den man mit Diamant herstellt.

Und zum Glück oder leider ist Diamant selten und teuer. So, was ist jetzt der prinzipielle

Unterschied zwischen Diamant und Grafit? Hier links sehen Sie Grafit, rechts Diamant, beides

reiner Kohlenstoff. Der Unterschied liegt in den Bindungen. Und zwar hat das Kohlenstoffatom außen

vier Elektronen und im Grafit bilden von diesen vier Elektronen drei kovalente starke Bindungen

aus, sogenannte sp2 Hybridisierung. Also drei kovalente Bindungen. Diese drei Bindungen führen

dazu, dass Grafit einen Schichtaufbau besitzt, wo diese drei Bindungen hier zu sehen immer mit

zum nächsten Kohlenstoffatom geknüpft werden. In dieser Schicht ist eine sehr starke Bindung,

aber zwischen den Schichten sehen Sie hier dieses eine freie Elektron, ein sogenanntes

delokalisiertes Elektron. Das kann hier rumsausen und führt dazu, dass Sie mit Grafit schreiben

können. Sie können die Schichten gegeneinander verschieben. Grafit ist weich. Sie können Grafit

als Schmiermittel einsetzen. Also Grafit, ein weicher Werkstoff. Im Gegensatz dazu ist Diamant.

Der hat vier homogene kovalente Bindungen, eine sp3 Hybridisierung mit vier gleich starken Bindungen,

die sehr symmetrisch sind, die im Raum angeordnet sind, sehen Sie hier unten. Jedes Kohlenstoffatom

hat mit gleicher Bindungsstärke vier Nachbarn, ein sehr symmetrisches Gitter und das bedingt die

enorme Härte und enorme Festigkeit dieses Werkstoffs. Wie entsteht jetzt Diamant? Und da

muss man als Werkstoffwissenschaftler ein Phasendiagramm zeigen. Phasendiagramm,

hier ist aufgeführt, hier unten die Temperatur und nach oben der Druck und es zeigt im Prinzip,

welche Phase des Kohlenstoffs Grafit oder Diamant bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken

beständig ist. Und dann sehen Sie hier in der Langen bei jetzt um die 0 Grad und ein Bar oder

eine Atmosphäre ist Grafit stabil, Diamant nicht. Um Diamant zu erreichen, müssen Sie extrem den

Druck erhöhen. Über 20.000 Bar. Das sind sehr hohe Drücke und Sie müssen auch noch Temperatur

zuführen. Allerdings sehen Sie schon, wenn Sie es nur heißer machen, wird Grafit immer stabiler,

Diamant wird dann instabil. Also prinzipiell, Grafit ist die stabile Phase auf der Erdoberfläche,

Diamant ist metastabil, versucht sich also den Grafit umzuwandeln. Diamant kann man nur bei sehr

hohen Drücken erreichen, da wird er stabil und man muss auch noch hohe Temperaturen zuführen,

um die kinetische Umwandlung zu erreichen. Das kann man jetzt so mit einem Energieniveau-Modell

erklären und zwar, wie kann man Diamant machen? Hier unten habe ich meinen Kohlenstoff, meinen

Grafit, die drei Bindungen und ich muss im Prinzip in die Bindungsstruktur des Diamant bringen und

das geht durch Energiezufuhr. Als Ingenieur habe ich dazu ein Helferlein, das mir versucht, den