Diamantschichten Elektrochemie, Tribologie, Abrasion

Diamantschichten
Elektrochemie,
Tribologie, Abrasion
DiaCCon GmbH
Dipl.-Ing. Martin Rüffer
Diamant…Einzigartige Eigenschaften
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
Coat able materials
Ceramics / Silicon
-Very good adhesion by chemical bonding of
coating to substrate
D ia mo n d l ayer
II
Cer a mic
Metals
III IV
Li Be
B
Na Mg
Al Si
K
Ca Sc Ti V
C
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
Res in
Rb Sr Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn
D iamo n d l ayer
in s it u g en er at ed car bid e
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir
Ra Ac
Pt Au Hg Tl Pb
Production equipment
-Three of probably worlds largest diamondmachines
-Very close cooperation
with manufacturer of these
machines
-Professional technology
and equipment
Elektrochemie
mit Diamant
Diamant als Elektrodenmaterial
Wasserzersetzung durch Aufbringen einer Spannung (Elektrolyse)
Benötigte Spannung zur
Wasserzersetzung:
-
+
Sauerstoff
Wasserstoff
~ 1,5VPlatin < ~ 3,5VDiamant
Anode
Kathode
Wasser
Different electrode materials in comparison
Diamond has the widest potential window for water decomposition
Electrode materials in comparison
Diamond
Diamond
Pb/Sn
Pb/Sn
MOX
MOX
Pt
-1,5
-1
-0,5
0
Pt
0,5
1
1,5
electrochemical potential [V vs. SHE]
Source: Tröster
OH-generation
2
2,5
3
substance
formation
potential [V]
Hydroxyl radical
(H2O/OH.)
2,80
Ozone
(O3)
2,07
Peroxodisulfate
(SO42-/S2O82-)
2,01
Hydrogen Peroxide
(H2O/H2O2)
1,77
Elektrochemische Wasserreinigung mit Diamantelektroden
CO2
H2O
Kathode
OH•
DiamantAnode
Organische
Verunreinigung
• Erzeugung von Hydroxyl-Radikalen an der Diamantanode
• Mineralisierung der Organischen Verunreinigungen zu CO2 und H2O
Elektrochemische Wasserreinigung mit Diamantelektroden
-Reinigung & Desinfektion von Abwasser alleinig mit elektrischen Strom!
-Keine zusätzlichen Chemikalien notwendig!
-Behandlung von toxischen Abwässern
Equipment-Electrode types
Main types
Standardised electrodes
Type Barbara
500mmx150mm
Type Baerbel
250mmx150mm
Mesh electrodes
welded connectors
Welded electrodes
large / complex geometries
Custom-made
water jet cut
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
-Reduction of the
Chemical Oxygen Demand
(equivalent for contained waste)
-Advanced Oxidation Process
-No additional chemical required
Source:
Application- Treatment of waste water containing phenol
Powerful plants for treating
different kinds of waste water
Baerbel-type
Barbara-type
Source:
Application - Disinfection
Filter stage
-Ballast water is required to
stabilize ships in the sea
-transferred species can become a non control able invasion
-disinfection is required
Disinfection stage with diamond electrodes
-also for: food processing
cooling water
etc.
Application - Disinfection
Electrode-type:
-disc of two halves
-mesh type
Filter stage
-Ballast water is required to
stabilize ships in the sea
-transferred species can become a non control able invasion
-disinfection is required
Disinfection stage with diamond electrodes
-also for: food processing
cooling water
etc.
Application - Diamond electrodes as inert electrodes in porous
Silicon production
Microporous silicon is fabricated by etching silicon in Hydrofluoric acid-based
solutions under applied voltage.
•
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:
Application - Diamond electrodes as inert electrodes in porous
Silicon production
Microporous silicon is fabricated by etching silicon in Hydrofluoric acid-based
Electrode-type:
solutions under applied voltage.
•
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
-doped Silicon disc
-single side coated
Source:
Tribologie
mit Diamant
Tribologische Eigenschaften
-Gleitringdichtung
!!! Reiner Trockenlauf !!!
Unbeschichtetes SiC
Diamantbeschichtetes SiC
Totalausfall nach kurzer Zeit
Hohe Notlaufkapazität
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0.0
0.0
0
5000
10000
15000
20000
0
5000
10000
Laufweg [m]
15000
20000
Beschichtbare Komponenten
Außenbeschichtung
-Gleitringdichtungen
-Axiallager
-Radiallager
Innenbeschichtung
Verzicht auf Kühlung
-Mit Diamant weniger Reibung/Wärme auch im Naßlauf
-Wegfall bestehender Kühlung (Quench)
Konventionelle GLD
mit Quench
„Diamantpumpe“ mit diamantbeschichteter GLD ohne Quench
Abrasionsschutz
mit Diamant
Sandstrahltest mit stark abrasiven SiC-Pulver
- Partikelgröße 30µm
Krater auf unbeschichteten Ring durch
Partikelbombardement
Abrasionswiderstand von unbeschichteten und
Diamantbeschichteten Gleitringen
Masseverlust nach 120s Strahltest [mg]
2
1,8
!
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
nicht messbar !!!
0,2
0
unbeschichtet
diamantbeschichtet
Diamantbeschichtet
unbeschichtet
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 Meßsystem der Papierindustrie
Preßmatrizen in der Umformung
Heißkanaldüsen aus der Kunststoffindustrie
Wahrsagen
mit Diamant
Thank you!