Fraunhofer IKTS verwendet LINSEIS optisches Dilatometer mit hochreinen Atmosphären
Messung in hochreinen Atmosphären und Hochvakuum
Zusammen mit dem Fraunhofer IKTS haben wir ein optisches Dilatometer im Rahmen eines geförderten AiF-ZIM-Projekts, unterstützt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) entwickelt. Das Dilatometer wurde so konstruiert, dass es in Temperaturen bis zu 1600 °C und Hochvakuum (ca. 5 E-5 mbar) messen kann. Zusätzlich erreicht es dabei einen Sauerstoffgehalt in dynamischen Atmosphären von ca. 0,5 ppm.
Optische Dilatometer messen die Dimensionsänderungen von Proben in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur. Zusammen mit Heißphasenmikroskopen haben sie ein breites Anwendungsfeld, grundlegend in der Material- und Prozessentwicklung. Sie werden beispielsweise zur Ermittlung von Sinterprozessen und des Verhaltens der thermischen Ausdehnung eingesetzt, vor allem bei anisotropen oder spröden Materialien und Proben mit komplexer Geometrie. Optisch werden das Benetzungs- und Ausbreitungsverhalten auf unterschiedliche Substrate, durch den Kontaktwinkel dargestellt, wodurch die Bestimmung der Oberflächenspannung bis hin zu hohen Temperaturen möglich ist. Darüber hinaus ist die Untersuchung der Kontaktkorrosion zwischen geschmolzenem Metall und Glas, geschmolzener Schlacke und Asche im Kontakt mit keramischen und metallischen Werkstoffen möglich. Eine weitere wichtige Möglichkeit ist die Charakterisierung der Infiltration, z. B. von geschmolzenem Metall in keramische Werkstoffe. Ausgelegt sind die standardisierten optischen Dilatometer und Erhitzungsmikroskope für Messungen in Luft oder Atmosphären, die eine hohe Sauerstoffkonzentration besitzen.
Das Dilatometer wurde speziell für den Anwendungsbereich des Charakterisierens von Füge Prozessen von Keramik-Keramik und Keramik-Metall Verbindungen durch Aktivlöten konstruiert. Das neue optische Dilatometer ermöglicht dabei die Untersuchungen bei Aufschmelz- und Benetzungsverhalten auf keramischen Substraten von Lotwerkstoffen mit sauerstoffaffinen Lotbestandteilen wie beispielsweise Titan. Bei herkömmlichen Heißphasenmikroskopen kommt es aufgrund des vorhandenen Restsauerstoffs zur Oberflächenoxidation, wodurch die Benetzung des Substrats durch das Lot behindert wird oder verfälschte Versuchsergebnisse erzielt werden. Die dadurch gewonnen experimentellen neuen Möglichkeiten sind ein wesentlicher Beitrag für das grundlegende Verständnis und zur Weiterentwicklung und Optimierung von Füge Prozessen.
