Adhäsion vs. Abrieb: Wie Nanobeschichtungen das Anhaften von Metall am Chip verhindern
2026,10,23
Beim Drahtziehen werden die Matrizen auf zwei Arten abgenutzt. Unter Abrieb versteht man das langsame Schleifen harter Partikel an der Matrizenoberfläche. Adhäsion ist das plötzliche Verschweißen von Metall mit der Matrize und das anschließende Abreißen. Die meisten Matrizenmaterialien vertragen Abrieb einigermaßen gut. An der Haftung scheitern sie.
Wenn Draht durch eine Matrize läuft, kann der Druck in der Lagerzone 1.000 MPa überschreiten. Bei diesem Druck können saubere Metalloberflächen mikroskopisch kleine Schweißnähte mit dem Matrizenmaterial bilden. Besonders anfällig dafür sind Kupfer, Aluminium und Edelstahl. Sobald sich eine Schweißnaht bildet, wächst sie. Der Draht reißt ab und reißt Matrizenmaterial mit sich, die Matrizenoberfläche wird rau. Der nächste Durchgang erzeugt mehr Hitze, mehr Schweißen und mehr Schaden.
Nano-Drahtziehmatrizen befassen sich mit der Haftung auf Oberflächenebene. Die nanokristalline Diamantbeschichtung – Korngröße unter 0,5 μm – erzeugt eine ultraglatte Oberfläche mit einem Reibungskoeffizienten von nur 0,05. Noch wichtiger ist, dass die Beschichtung chemisch inert ist. Es geht keine metallischen Bindungen mit Kupfer oder Aluminium ein. Metall fließt durch die Matrize, anstatt daran zu haften.
PKD-Drahtziehmatrizen bieten ähnliche Vorteile. Polykristalliner Diamant ist hart und glatt und widersteht Adhäsionen weitaus besser als Wolframcarbid. Aber PKD hat Korngrenzen – mikroskopisch kleine Bereiche, in denen die Diamantkristalle aufeinander treffen. Diese Grenzen können als Ankerpunkte für die Metallübertragung dienen, insbesondere unter hohem Druck.
Natürliche Diamant-Drahtziehmatrizen sind das ultimative Antihaftmaterial. Ein Einkristall hat überhaupt keine Korngrenzen. Die Oberfläche ist atomar glatt. Metall kann keinen Halt finden. Allerdings ist Naturdiamant spröde und teuer, weshalb er nur für Feindraht- und Präzisionsanwendungen geeignet ist.
Die praktische Wahl hängt vom Kabel und der Lautstärke ab. Für die meisten Kupfer- und Aluminiumziehverfahren bieten nanobeschichtete Matrizen das beste Gleichgewicht zwischen Adhäsionsbeständigkeit, Verschleißlebensdauer und Kosten. Für ultrafeine Drähte, bei denen die Oberflächenqualität von entscheidender Bedeutung ist, bleibt Naturdiamant der Maßstab. Aber für den großen Mittelweg der industriellen Drahtproduktion haben Nanobeschichtungen die Gleichung verändert. Adhäsion ist nicht mehr zwangsläufig. Es ist ein Designproblem – und es gibt eine Lösung.
