Diamantschichten

Elektrochemie, Tribologie, Abrasion

DiaCCon GmbH Dipl.-Ing. Martin Rüffer

Härte- 10000 HV- Härtestes Material

Wärmeleitfähigkeit- 2000 W/Km (RT)- Vier mal höher als Kupfer

Elektrochemische Eigenschaften- extrem hohe chemische Beständigkeit- Breites elektrochemisches Fenster

Tribologie- Niedriger Reibkoeffizient- sehr geringer Verschleiß

Diamant…Einzigartige Eigenschaften

Ag

Cu

SiAl

NiCoFe Mn

Ru

Os

Rh Pd

AuPt Ir ReW TaHf

Mo NbZr

Ti V Cr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

Sc

Y

La

Ac

Zn Ga

B C

Ge

Tc Cd In Sn

Pb Hg Tl

Li

Na

K

Rb

Cs

II III IV

Diamo n d l ayer

Cer amic

Ceramics / Silicon

Diamo n d l ayer

in s it u g en er at ed car bid e

Res in

Metals

-Very good adhesion by chemical bonding of coating to substrate

Coat able materials

-Very close cooperation

with manufacturer of these

machines

-Professional technology

and equipment

Production equipment

-Three of probably worlds largest diamond-

machines

Elektrochemie

mit Diamant

-+

Wasser

WasserstoffSauerstoff

KathodeAnode

Diamant als Elektrodenmaterial

Benötigte Spannung zur

Wasserzersetzung:

~ 1,5VPlatin < ~ 3,5VDiamant

Wasserzersetzung durch Auf-

bringen einer Spannung (Elektrolyse)

Pt Pt

MOX MOX

Pb/Sn Pb/Sn

Diamond Diamond

-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

electrochemical potential [V vs. SHE]

Electrode materials in comparison

Source: Tröster

1,77Hydrogen Peroxide

(H2O/H2O2)

2,01Peroxodisulfate

(SO42-/S2O8

2-)

2,07Ozone

(O3)

2,80Hydroxyl radical

(H2O/OH.)

formation

potential [V]

substance

Different electrode materials in comparison

OH-generation

Diamond has the widest potential window for water decomposition

• Erzeugung von Hydroxyl-Radikalen an der Diamantanode

• Mineralisierung der Organischen Verunreinigungen zu CO2 und H2O

CO2 H2O

OH•

Kathode Diamant-

Anode

Organische Verunreinigung

Elektrochemische Wasserreinigung mit Diamantelektroden

-Reinigung & Desinfektion von Abwasser alleinig mit elektrischen Strom!

-Keine zusätzlichen Chemikalien notwendig!

-Behandlung von toxischen Abwässern

Elektrochemische Wasserreinigung mit Diamantelektroden

Equipment-Electrode types

Type Baerbel

250mmx150mm

Type Barbara

500mmx150mm

Mesh electrodes

welded connectors

Custom-made

water jet cut

Welded electrodes

large / complex geometries

Main typesStandardised electrodes

Equipment-Electrolysers

Electrolysers for standard types

-Baerbel & Barbara Diamond electrodes

-0,075sqm - 0.95sqm anode/electrolyser

-ready made equipment

Equipment-Electrolysers

Application - Treatment of phenol containing waste water

OH-radical is an extremely strong oxidant -> Oxidation of the waste

Source:

-Reduction of the

Chemical Oxygen Demand(equivalent for contained waste)

-Advanced Oxidation Process

-No additional chemical re-

quired

Application- Treatment of waste water containing phenol

Baerbel-type Barbara-type

Source:

Powerful plants for treating

different kinds of waste water

Application - Disinfection

Filter stage -Ballast water is required to stabilize ships in the sea

-transferred species can be-come a non control able invasion

-disinfection is required

-also for: food processingcooling wateretc.

Disinfection stage with diamond electrodes

Application - Disinfection

Filter stage -Ballast water is required to stabilize ships in the sea

-transferred species can be-come a non control able invasion

-disinfection is required

-also for: food processingcooling wateretc.

Disinfection stage with diamond electrodes

Electrode-type:

-disc of two halves

-mesh type

• Platinum mesh

- Current limited

• Platinum disk

• - expensive (Pt cost)

+ High currents possible

• Silicon Sacrificial

- consumed at etch-rate

+ metal free systems

• Conductive diamond

+ metal free / no consumption

Source:

Microporous silicon is fabricated by etching silicon in Hydrofluoric acid-based solutions under applied voltage.

Application - Diamond electrodes as inert electrodes in porous

Silicon production

• Platinum mesh

- Current limited

• Platinum disk

• - expensive (Pt cost)

+ High currents possible

• Silicon Sacrificial

- consumed at etch-rate

+ metal free systems

• Conductive diamond

+ metal free / no consumption

Source:

Microporous silicon is fabricated by etching silicon in Hydrofluoric acid-based solutions under applied voltage.

Application - Diamond electrodes as inert electrodes in porous

Silicon production

Electrode-type:

-doped Silicon disc

-single side coated

Tribologie

mit Diamant

0 5000 10000 15000 200000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Tribologische Eigenschaften-Gleitringdichtung

Unbeschichtetes SiC

Totalausfall nach kurzer Zeit

Diamantbeschichtetes SiC

Hohe Notlaufkapazität

0 5000 10000 15000 200000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Laufweg [m]

!!! Reiner Trockenlauf !!!

Beschichtbare Komponenten

Außenbeschichtung

Innenbeschichtung

-Gleitringdichtungen

-Axiallager

-Radiallager

Verzicht auf K ühlung-Mit Diamant weniger Reibung/W ärme auch im Naßlauf

-Wegfall bestehender Kühlung (Quench)

Konventionelle GLD

mit Quench

„Diamantpumpe“ mit diamantbe-schichteter GLD ohne Quench

Abrasionsschutz

mit Diamant

Abrasionswiderstand von unbeschichteten und Diamantbeschichteten Gleitringen

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

unbeschichtet DiamantbeschichtetM

asse

verlu

st n

ach

120s

Stra

hlte

st [m

g]

nicht messbar !!!

diamantbeschichtet unbeschichtet

Sandstrahltest mit stark abrasiven SiC-Pulver

- Partikelgröße 30µm

Krater auf unbeschichteten Ring durch Partikelbombardement

!Keine Beschädigung der Diamantschicht feststellbar !

Sonderanwendungen – Drossel in Rohrleitung

- „Drossel“ (Choke) in Rohrleitung

zu Wasserkraftwerk

- Abrasive Belastung durch Sand und

Schlamm

- Abmaße: ca. 350mmx250mm

- Material: Silziumkarbid

Sonderanwendungen – Verschleißbauteile

Verschleißbauteil aus einem Meß-

system der PapierindustriePreßmatrizen in der Umformung

Heißkanaldüsen aus der Kunststoff-

industrie

Wahrsagen

mit Diamant

Thank you!