MMC Magazine

Das Thin Films and Coatings Department des Central Research Institute der Mitsubishi Materials Corporation führt Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an Werkstoffen und Beschichtungen durch, um bei Schneidwerkzeugen eine deutlich verbesserte Leistung zu erzielen. In diesem Beitrag wird der hochentwickelte Standort und seine Forschungs- und Entwicklungsarbeit vorgestellt. 

Zukunftsweisende Forschung und Entwicklung mit modernster Analyse- und Auswertetechnik

Das Mining Research Institute der Mitsubishi Materials Corporation wurde 1917 in Shinagawa als Japans erstes privates Forschungsinstitut gegründet. Nach dem Umzug in die Stadt Omiya (heute Saitama) in der Präfektur Saitama schlug es als Central Research Institute neue Wege ein. 2007 erfolgte eine Expansion nach Naka, eine Stadt in der Präfektur Ibaraki, mit drei Niederlassungen in Omiya, Onahama und Kitamoto. Dieses Jahr feiert das Institut sein 100-jähriges Bestehen. Das Thin Films and Coatings Department hat die meisten wissenschaftlichen Mitarbeiter am Institut. Im Mittelpunkt der Abteilung steht die Prüfung der Struktur, der Konsistenz und der Verbindung zwischen dem gesinterten Hartmetall und den Beschichtungen auf Nanoebene, um neue Werkstoffe mit ganz neuen Funktionen zu entwickeln. Der Leiter der Abteilung, Takatoshi Oshik, sprach über die Stärken des Instituts. „Wir verfügen über hochmoderne Anlagen und Geräte, wie sie nur wenige andere Institute in Japan haben, und beschäftigen zudem viele herausragende, hochqualifizierte Wissenschaftler. Das Institut verfügt über neun weitere Abteilungen, die eine große Bandbreite an Forschungsthemen wie Werkstoffanalyse und elektronische Werkstoffe abdecken. Diese Abteilungen arbeiten Hand in Hand und sind daher in der Lage, verschiedene Technologien in kürzester Zeit anzuwenden. Tatsächlich haben wir durch die Integration von neu entwickelten Technologien laufend neue Produkte auf den Markt gebracht. Eines dieser Produkte ist der weltweit dünnste flexible Thermistorfühler.“

Das Thin Films and Coatings Department hat Basistechnologien entwickelt, die bei der Herstellung innovativer Produkte wie den Sorten UC5105/ UC5115 zur Anwendung kommen. Durch die Verwendung der Al2O3-Beschichtungstechnologie bei der für die UC-Sorten entwickelten CVD-Beschichtung haben sich Standzeit und Verschleißfestigkeit erheblich verbessert. „Derzeit forschen wir an einer Element-Technologie für PCD-Bohrer zur Bearbeitung von CFK, für die das Design des Grundwerkstoffs bereits fertig ist. Zudem forschen wir an CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien für CFK-Anwendungen und hoffen, die Technologie in naher Zukunft im Unternehmen einsetzen zu können.“ Weiter erklärte er: „Wir arbeiten auch an einer innovativen technologischen Entwicklung. Stellen wir beispielsweise fest, dass sich die Festigkeit eines Beschichtungsmaterials durch eine Verkleinerung der Materialpartikel verdoppeln lässt, müssen wir das Gerät zur Herstellung der Partikel entsprechend umgestalten. Dies führt letztlich dazu, dass wir weltweit die einzigen sind, die ein solches Gerät besitzen. Dank dieser Entwicklungsarbeit und der Verwendung von Ausrüstungsmaterial können wir innovative Werkstoffe erarbeiten. Es ist wie ein magischer Ball in einem Baseball-Comic. Anstatt zu versuchen, unseren Pitch zu verbessern, arbeiten wir lieber an der Entwicklung eines magischen Balls, den niemand treffen kann. Innovative Produktentwicklung – das ist unser Credo.“

Entwicklung von CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien für die CFK-Bearbeitung

Kazutaka Fujiwara fing vor 20 Jahren bei Mitsubishi Materials an und arbeitet seit 10 Jahren im Central Research Institute. In den letzten fünf Jahren war er im Bereich Forschung und Entwicklung von CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien für Schneidwerkzeuge tätig. Fujiwara erklärt: „Im Vergleich zu den Entwicklungsabteilungen an den Produktionsstätten ist dieses Institut nicht so nah an unseren Kunden. Deshalb ist es mir sehr wichtig, enge Arbeitsbeziehungen zu den Mitarbeitern der Entwicklungsabteilungen an den Produktionsstätten zu pflegen, da diese regelmäßig Kontakt zu den Kunden haben und daher deren Bedürfnisse am besten kennen. Mit dem Wissen um die Kundenbedürfnisse versuche ich, Grundprinzipien zu definieren, die in neue Hypothesen münden. Die Ergebnisse führen dann zu einer erheblichen Verbesserung der Produktleistung. Ich freue mich sehr, wenn ich höre, dass Produkte, die mithilfe der neuen, von uns entwickelten Technologien hergestellt wurden, auf dem Markt erfolgreich sind.“ Fujiwara arbeitet derzeit im Bereich Forschung und Entwicklung von CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien für CFK-Schneidwerkzeuge, die bei Rahmenkonstruktionen zum Einsatz kommen. „Mitsubishi Materials hat bereits mit von uns entwickelten Materialien beschichtete Bohrer und Schaftfräser auf den Markt gebracht. Nun arbeiten wir an neuen, sogar noch leistungsfähigeren Beschichtungsmaterialien.“

Unser Bestreben: Die Entwicklung einzigartiger Technologien, die zur Herstellung neuer Produkte eingesetzt werden können.

Neben reinem CFK kommen bei Flugzeugteilen auch Verbundwerkstoffe wie CFK und Aluminium oder CFK und Titan zum Einsatz. Zur Bearbeitung verschiedener Werkstoffe mit einem einzigen Werkzeug bedarf es einer deutlich höheren Leistung. Zur Bearbeitung dieser Verbundwerkstoffe ist eine hohe Qualität der CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien unverzichtbar. Fujiwara dazu: „Für die Bearbeitung von reinem CFK gilt: je höher der Diamantanteil, das heißt je härter das Material, desto besser die Leistung des Beschichtungsmaterials. Erhöhen wir jedoch den Diamantanteil, neigt das Beschichtungsmaterial bei der Bearbeitung von Metallen wie Aluminium und Titan dazu, mit den Werkstoffen zu reagieren, was zu Adhäsion, geringerer Präzision bei der Bearbeitung und verkürzter Werkzeugstandzeit führen kann. Bei der Entwicklung der CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien müssen wir diese Konflikte gleichzeitig lösen, um mit einem einzigen Beschichtungsmaterial, das die Werkzeugstandzeit erheblich verlängern kann, bei einer breiten Palette an Werkstoffen herausragende Leistungen zu erzielen.“ Fujiwara arbeitet an der Entwicklung von CVD-Diamantbeschichtungsmaterialien, die im Vergleich zu bereits existierenden Materialien für eine dreimal längere Werkzeugstandzeit sorgen. Mit dem erklärten Ziel, im GJ 2018 Produkte auf den Markt zu bringen, arbeitet das gesamte Team mit Hochdruck an Forschung und Entwicklung. „Anspruch des Central Research Institute ist es, modernste Technologien zu entwickeln. Wir freuen uns, Technologien hervorzubringen, zu deren Entwicklung nur Mitsubishi Materials in der Lage ist, und auf diese Weise bei unseren Kunden mit den Produkten, die sie mit unseren Werkzeugen herstellen, für große Zufriedenheit zu sorgen.“