Jedes Drahtwerk steht vor dem gleichen Dilemma: Erhöhen Sie die Liniengeschwindigkeit, und die Matrize verschleißt schneller. Verlangsamen Sie die Geschwindigkeit, um die Werkzeuge zu schonen, und der Durchsatz wird beeinträchtigt. Jahrzehntelang haben die Hersteller diesen Kompromiss als unvermeidbar hingenommen. Neue Stanztechnologien beweisen das Gegenteil.
Die Natural Diamond-Drahtziehmatrizen setzen seit langem den Standard für die Oberflächenqualität. Naturdiamant bietet eine extreme Härte – 88 bis 118 GPa – und eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 2300 W/mK. Es liefert die feinste Oberflächengüte für ultrafeine Drahtanwendungen, insbesondere unter 0,05 mm. Aber natürlicher Diamant hat einen Haken: Er ist spröde, weist eine geringe Schlagfestigkeit und anisotrope Härte auf, was zu ungleichmäßigem Verschleiß führt. Beim Hochgeschwindigkeitsziehen entwickeln Naturdiamantstempel eine Ovalität und versagen unvorhersehbar. Bei der Massenproduktion ist der Kompromiss mühsam – ein besseres Finish geht auf Kosten von Geschwindigkeit und Konsistenz.
Die PKD-Drahtziehsteine – synthetischer polykristalliner Diamant – lösen das Konsistenzproblem. PKD verschleißt gleichmäßig in alle Richtungen und hält in der Regel zwei- bis zehnmal länger als natürlicher Diamant. Es bietet eine isotrope Härte, die die zylindrische Form der Matrizenbohrung beibehält. Aber PKD hat seine eigenen Grenzen: Die Korngröße des Diamanten liegt zwischen 5 und 25 Mikrometern, und die Korngrenzen hinterlassen mikroskopisch kleine Spitzen und Täler auf der gezogenen Drahtoberfläche. Bei feinem Kupferdraht kann der Kobaltbinder in Standard-PKD-Matrizen unter Hitze und Druck auslaugen, wodurch Kratzer entstehen, die zu Spannungserhöhungen werden und Drahtbrüche verursachen.
Hier ändern Nano-Drahtziehsteine die Gleichung. Durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) wird eine dichte Schicht aus nanokristallinem Diamant – Korngröße unter 1 Mikrometer, oft 0,2 bis 0,5 Mikrometer – auf einem Wolframkarbidsubstrat aufgewachsen. Die Nanobeschichtung sorgt für eine Härte von etwa 10.000 Vickers, die der von natürlichem Diamant entspricht. Aber im Gegensatz zu natürlichem Diamant ist die Beschichtung isotrop – der Verschleiß erfolgt gleichmäßig und nicht gerichtet. Der Reibungskoeffizient sinkt auf bis zu 0,05, verglichen mit 0,2–0,4 bei herkömmlichem Hartmetall.
Die Geschwindigkeitsvorteile sind messbar. Reduzierte Reibung bedeutet weniger Wärmestau, sodass Leitungen mit hohen Geschwindigkeiten von mehr als 20 Metern pro Sekunde laufen können, ohne dass sich das Schmiermittel verschlechtert oder der Draht ausglüht. Einige nanobeschichtete Matrizen unterstützen Ziehgeschwindigkeiten von bis zu 1200 Metern pro Minute. Ein Hersteller berichtete, dass nanobeschichtete Matrizen es ihm ermöglichten, die Drahtziehgeschwindigkeit erheblich zu steigern und gleichzeitig die Rohstoffeinsparung zu maximieren. Die Beschichtung verhindert außerdem die Anhaftung von Metallen – insbesondere bei Aluminium und Kupfer – und verhindert so Kratzer und Grate auf der Oberfläche.
Die Qualität leidet nicht. In einem Vergleichstest mit 0,02-mm-Kupferdraht erzeugten Standard-PCD-Matrizen Draht mit sichtbaren Kratzern bei 100-facher Vergrößerung und einer Ausschussrate von 12 %. Nano-Drahtziehsteine produzierten Draht ohne sichtbare Kratzer bei 200-facher Vergrößerung und einer Ausschussrate von nur 3 %. Die hochglanzpolierte Oberfläche der Nano-Chips – Oberflächenrauheit Ra unter 0,05 μm – liefert ein Finish, das mit natürlichem Diamant mithalten kann.
Die wirtschaftliche Argumentation ist ebenso überzeugend. Nanobeschichtete Matrizen halten 10 bis 20 Mal länger als Wolframcarbid und übertreffen bei anspruchsvollen Anwendungen die Lebensdauer von Standard-PKD um bis zu 40 %. Weniger Werkzeugwechsel bedeuten weniger Ausfallzeiten, weniger Ausschuss und niedrigere Gesamtbetriebskosten. Für Hersteller, die Leitungen aus Feinkupfer, Aluminium oder Stahlseilen betreiben, stellt sich nicht mehr die Frage, ob sie umsteigen sollen, sondern vielmehr, wie schnell.
