dihw MAGAZIN 3/2021

Werkstoffe
PCBN-Pulver: DBN-B11
Neues Produkt für Hon- und Präzisionsschleifwerkzeug
Trotz seiner herausragenden Stellung
unter den Schneidstoffen ist Diamant
nicht universal anwendbar und
nicht zwangsläufig die beste Lösung.
Beim Honen und Präzisionsschleifen
hat polykristallines kubisches Bornitrid
(PCBN)-Pulver durch seine idealen Materialeigenschaften
einen festen Platz
unter den Schneidstoffen eingenommen.
Seine Herstellung gilt als äußerst
kompliziert, nur wenige Hersteller weltweit
können PCBN-Pulver prozesssicher
herstellen. Seit Kurzem zählt auch Dialux
aus Südkorea zu jenen Herstellern,
welcher mit seinem neuen PCBN-Pulver
„DBN-B11“ die Vormachtstellung der
Konkurrenz aufbrechen will.
Als härtestes kommerziell verfügbares
Material nimmt Diamant eine Sonderstellung
unter den Werkstoffen ein. Einerseits
fungiert er aufgrund seiner außerordentlichen
Härte als Referenzpunkt
für die Härteskala; anderseits lässt sich
Diamant als „Naturprodukt“ kaum mit
den gleichen Eigenschaften (feinste Kristallisationsebenen)
synthetisieren. Deshalb
ist Diamant auch als Schneidstoff
sehr begehrt. Seine Vorteile liegen vor
allem in seiner kubisch flächenzentrierten
Gitterstruktur, die ihm neben der
besonderen Härte und Schärfe auch
eine gute Wärmeleitfähigkeit verleiht.
Allerdings muss man konstatieren, dass
der Anwendungsbereich vov Diamanten
als Schneidstoff sehr begrenzt ist: Einerseits
limitiert die chemische Reaktionsfreudigkeit
des im Diamanten gebundenen
Kohlenstoffes mit in Eisenmetallen
enthaltenen Sauerstoff den Anwendungsbereich
auf Nichteisenmetalle,
Kompositmaterialen, Glas und Keramik
etc. Anderseits ist Diamant als Schneid-
DBN-B11: Das neue PCBN-Pulver von
Dialux.
stoff auch thermisch
nur bedingt
stabil und neigt
bei erhöhter Temperatur
zur Oxidation.
Für klassische
Anwendungen
in der
Automobilindustrie,
wie zum Beispiel
dem Honen
von Zylindern von
Verbrennungsmotoren
aus Grauguss,
oder der Bearbeitung
anderer
Komponenten aus
gehärtetem Stahl
ist Diamant also
ungeeignet.
Wurde dieser Anwendungsbereich bis
in die 1970er-Jahre vorwiegend mit
Schneidkeramik (vor allem Korund und
Siliziumkarbid) abgedeckt, so nahm der
Anteil von CBN als alternativer Schneidstoff
seit seiner Entwicklung und kommerziellen
Nutzung stetig zu. Besonders
beim Honen von Grauguss (wenn die
Grafitlamellen geschnitten und offen
gehalten werden sollen) und beim Präzisionsschleifen
von gehärtetem Stahl ist
CBN als Schneidstoff heute nicht mehr
wegzudenken.
Dabei ist CBN weitaus mehr als ein Substituent
für Schneidkeramik oder bloß
der „kleine Bruder“ des Diamanten. Im
Vergleich zur Schneidkeramik zeichnet
CBN eine vergleichsweise hohe Zähigkeit
bei sehr hoher Härte aus. Im Vergleich
zum Diamanten ist insbesondere
die chemische Beständigkeit gegenüber
in Eisen enthaltenen Sauerstoff zu nennen,
wodurch die Bearbeitung von Eisenmetallen
möglich ist. Auch die hohe
thermische Beständigkeit bis 1.400 °C
bei gleichzeitig hoher Härte ist ein großer
Vorteil des CBN gegenüber dem Diamanten.
So ist CBN bei einer Einsatztemperatur
von 1.000 °C sogar härter
als Diamant in selbigem Versuchsaufbau.
Da die Wärmeleitfähigkeit des CBN
genau wie beim Diamanten hoch ist, ist
in der Praxis Flüssigkühlung (Wasser-Öl-
Emulsion) möglich, womit sich das CBN
30-fach vergrößerte optische Aufnahme von PCBN-Korn der
Mesh-Größe 100/120.
auch von der Schneidkeramik deutlich
abgrenzt. Darüber hinaus besteht außerdem
ein Unterschied im Bruchverhalten
des CBN-Korns gegenüber dem
des Diamanten: Es bleibt bei größerer
Bereitschaft zu feinen Absplitterungen
schneidfreudiger als Diamant.
Dass sich CBN als Schneidstoff speziell
beim Honen und Präzisionsschleifen
etablieren konnte, ist also nicht verwunderlich.
Zwar ist der Preis von CBN ähnlich
hoch wie der von Diamant, doch
durch seine eingangs erwähnten technischen
Vorteile ist die Nachfrage stetig
gestiegen. Speziell das in Schleifmitteln
als Pulver verarbeitete polykristalline
(P)CBN gilt als kompliziert in der
Herstellung. Dass weltweit nur sehr wenige
Unternehmen dieses Produkt prozesssicher
herstellen können, ist mit ein
Grund für das hohe Preisniveau.
Vor dem begehrten Endprodukt steht
ein komplizierter Fertigungsprozess.
Als Ausgangsmaterial für polykristallines
CBN-Pulver dient monokristallines
CBN. Als kristallines Produkt hat
es anisopische Materialeigenschaften
(Spannungszustand ist richtungsabhängig),
wodurch es beim Schleifen
mit geometrisch unbestimmter Schneide
(Honen, Schleifen etc.) ungeeignet
ist. Ein solches Schleifkorn würde
im Schleifprozess ein äußerst heterogenes
Schnittbild erzeugen, keinen kontrollierten
Spanabtrag ermöglichen und
20 dihw 13 · 3 2021