Charakterisierung

Charakterisierung

Charakterisierung

Charakterisierung

ThermoOptische Messverfahren (TOM)

Thermooptische Verfahren TOM

Das Fraunhofer-Zentrum HTL charakterisiert Materialien bei hohen Temperaturen. Dazu stehen kommerziell verfügbare Anlagen zur thermischen Analyse ebenso zur Verfügung, wie eigens entwickelte Messöfen für die Bestimmung spezieller Eigenschaften. Mit kommerziellen Anlagen zur thermischen Analyse werden z.B. Gewichtsverlust, Wärmekapazität, Reaktionswärme oder Gasemission in kontrollierter Atmosphäre gemessen (TG-DSC-MS).

Mit eigens entwickelten ThermoOptische Messöfen (TOM-Anlagen) kann der industrielle Wärmebehandlungsprozess im Labor nachgestellt werden. Die TOM-Anlagen können alle in Industrieöfen relevanten Ofenatmosphären nachbilden: Gasbrennerofenatmosphäre, Luft, Inertgase, Formiergas, Wasserstoff, Vakuum, Überdruck, etc..
Sie sind mit Detektoren ausgestattet, mit denen die Materialveränderungen während der Wärmebehandlung mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Die Dimensionsänderungen beim Sintern z.B. werden mit extrem guter Reproduzierbarkeit gemessen oder die Schallemissionssignale beim Entbindern mit empfindlichen Mikrofonen erfasst. Auch die Hochtemperatur-Eigenschaften von Materialien werden mit TOM-Anlagen gemessen.

Die TOM-Anlagen bestimmen sehr unterschiedliche Materialeigenschaften im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis über 2000°C:

  • Thermische Eigenschaften
  • Mechanische Eigenschaften
  • Thermomechanische Eigenschaften
  • Chemische Eigenschaften
  • Elektrische und optische Eigenschaften

Exakte Messungen von Hochtemperatureigenschaften erfordern eine genau definierte Umgebungstemperatur und eine an das Probenmaterial angepasste Atmosphäre, z.B. Inertgasatmosphäre bei oxidationsempfindlichen Proben. Außerdem muss ein für das Material repräsentatives Probevolumen erfasst werden. Bei stark heterogenen Materialien wie Grobkeramiken, Feuerfestwerkstoffe oder Verbundwerkstoffen sind hierfür einige 10 bis 100 Kubikzentimeter erforderlich. Diese Anforderungen werden mit den TOM-Anlagen erfüllt. 

 

TOM-Methoden zur Prozessoptimierung

 

Am Fraunhofer-Zentrum HTL stehen sieben eigens für die In-Situ-Messung und Optimierung von Hochtemperaturprozessen konzipierte TOM-Anlagen zur Verfügung. Die Anlagen werden für folgende Wärmebehandlungsprozesse eingesetzt:

Darüber hinaus kann auch die Qualität der Formgebung mit den TOM-Anlagen überprüft werden. Mittels eines hochpräzisen Schattenwurfverfahrens werden Dimensionsänderungen der Proben während der Wärmebehandlung erfasst. Zusätzlich können Gewichtsänderungen gemessen werden. Mikrophone registrieren die Schallemission bei Rissbildungen in den Proben. Außerdem können mit speziellen Schubvorrichtungen einachsige Lasten aufgebracht und das Kriechverhalten der Probe untersucht werden.

 

TOM-Methoden zur Hochtemperatur-Charakterisierung

 

Am Fraunhofer-Zentrum HTL werden fünf neue TOM-Anlagen entwickelt, mit denen sich Werkstoffeigenschaften in kontrollierter Atmosphäre messen lassen. Folgende Hochtemperatur-Eigenschaften werden erfasst:

  • Festigkeit / Steifigkeit / Bruchdehnung
  • Schwingfestigkeit
  • Druckerweichung / Kriechen
  • Thermoschock- / Thermozyklier-Beständigkeit
  • Dynamisches Elastizitätsmodul
  • Temperatur- / Wärmeleitfähigkeit
  • Wärmekapazität / Wärmeausdehnung
  • Benetzungsverhalten von Schmelzen
  • Emissivität integral / spektral
  • Korrosionsverhalten gegen Gase und Stäube
  • Elektrische Impedanz

Für die mechanischen Prüfungen werden Kraftmessdosen mit Maximalkräften zwischen 3 N und 5 kN eingesetzt. Die Ermüdungsversuche sind für Frequenzen bis 300 Hz ausgelegt. Thermoschock- und Thermozyklierversuche können mit definierter Lasererwärmung durchgeführt werden. Auch die thermischen Materialeigenschaften werden berührungsfrei mit einem speziell für große Proben entwickelten Laser-Flashverfahren gemessen.

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt ThermoOptische Messanlagen (TOM) auch nach Kundenbedarf. Dazu bieten wir Messöfen mit der gewünschten Maximaltemperatur, Größe und Atmosphäre an. Als Messgrößen stehen neben der optischen Dimensionsmessung auch mechanische Kennwerte wie E-Modul, Kriechfestigkeit, Keilspaltfestigkeit oder Viskosität zur Verfügung. Außerdem werden Spezialanlagen für die Hochtemperaturmessung thermischer Eigenschaften, wie beispielsweise Temperaturleitfähigkeit, Wärmeausdehnung, Thermoschockfestigkeit, etc., entwickelt. Der Bau der Messanlagen erfolgt im zertifizierten Zentrum für Mess- und Prozesstechnik (CeDeD) des Fraunhofer ISC. 

Leistungsangebot:

  • Thermoanalytische Charakterisierung kleiner Proben (TG-DSC-MS)
  • ThermoOptische Charakterisierung von Proben mit Volumen von 10-100 cm³ bis 2200°C
  • Eigenschaftsmessung an Feststoffen
  • Untersuchung von Reaktionen: Gewichtsverlust, Gasemission, Sinterschwindung etc.
  • Messung an Gläsern/Schmelzen: Benetzungswinkel, Viskosität
  • Entwicklung und Bau kundenspezifischer Messanlagen

 

TOM-Anlagen

 

  • TOM_ac für kontrollierte Atmosphären, graphitbeheizt bis 2200°C:
        > Dimensionsänderungen, Lastversuche und Gravimetrie
  • TOM_air für Betrieb an Luft bis 1750°C:
        > Dimensionsänderungen, Lastversuche, Gravimetrie und Schallemissionsmessung
  • TOM_metal1) für Messung in Wasserdampfatmosphäre oder Überdruck, graphitbeheizt bis 1800°C:
        > Dimensionsmessungen
  • TOM_gas für Messungen in Gasbrenneratmosphäre bis 1500°C:
        > Gravimetrie
  • TOM_II für Messungen in Gasbrenneratmosphäre bis 1500°C:
        > Dimensionsmessungen
  • TOM_pyr1) für Entbinderungsmessungen in kontrolliertem Gasstrom bis 650°C und 20 m/s:
        > Gravimetrie und Schallemissionsmessung
  • TOM_wave1) für Messung thermomechanischer Eigenschaften bis 1750°C:
        > Thermoschock, Temperaturleitfähigkeit, E-Modul, Emissivität,…
  • TOM_I für Messung der Temperaturleitfähigkeit an kleinen Proben bis 2000°C:
        > Temperaturleitfähigkeit, Schwindung                                                                                          
  • TOM_imp für Messungen der elektrischen Impedanz an Luft bis 1000°C                                                                   
  • TOM_mech1) für Messungen mechanischer Eigenschaften bis 1800°C:
        >Festigkeit, Steifigkeit, Bruchdehnung, Ermüdung, Kriechen…
  • TOM_fiber1) für Messungen mechanischer Eigenschaften von Fasern bis 1500°C:
        > Festigkeit, Steifigkeit, Bruchdehnung, Kriechen
  • TOM_chem1) für Messung der Korrosion in Partikel- und Gasströmen bis 1500°C und 40 m/s:
        > Gravimetrie

1) Testbetrieb

Hier finden Sie den Flyer

 

Hochtemperatur-Charakterisierung