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Heiße Fixpunkte

Besonders interessant für:
  • Werkstoff- und Materialwissenschaftler
  • Produktions- und Verfahrenstechniker

Um die Energieeffizienz von Kraftwerken, Motoren sowie Anlagen der thermischen Verfahrenstechnik zu verbessern, sind immer höhere Prozesstemperaturen erforderlich, die aber große Ansprüche an die verwendeten Materialien stellen. Mit bisherigen Messmethoden war es nicht möglich, die thermophysikalischen Eigenschaften dieser Materialien für Temperaturen bis über 2000 °C ausreichend genau zu bestimmen. Jetzt ist es PTB-Wissenschaftlern zusammen mit einem Industriekonsortium gelungen, die Unsicherheit der Temperaturmessung in Geräten zur dynamischen Differenzkalorimetrie mit Hilfe von Hochtemperaturfixpunkten auf Werte unter 1 K zu verbessern.

Industrielle und wissenschaftliche Anwendungen bei sehr hohen Temperaturen, beispielsweise in der Kraftwerkstechnik und in der Luft- und Raumfahrttechnik bei Wiedereintritts- und Turbinentechnologien, erfordern eine Materialoptimierung hinsichtlich Energieeffizienz und Zuverlässigkeit. Eine wichtige thermophysikalische Materialeigenschaft ist dabei die spezifische Wärmekapazität. Sie wird in kommerziellen Messgeräten durch Messung einer Differenztemperatur zwischen zwei Proben mit Thermoelementen bestimmt. Da die Stabilität der Thermoelemente bei Temperaturen über 1000 °C nachlässt, ist eine In-situ-Kalibrierung dieser Thermoelemente notwendig.

In einem vom BMWi geförderten Projekt entwickelt die PTB zusammen mit der Netzsch Gerätebau GmbH mit Unterstützung der TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH, der HTM Reetz GmbH sowie der ifa GmbH neuartige Kalibrierfixpunkte auf Basis eutektischer Metall-Kohlenstoff-Legierungen. In dem Projekt ist es gelungen, die Eignung dieser Materialkombinationen für Fixpunktnormale im Temperaturbereich von 1100 °C bis 2300 °C nachzuweisen. Mit diesen Fixpunkten ist jetzt eine In-situ-Temperaturkalibrierung der differenzkalorimetrischen Apparaturen möglich.

Die Messunsicherheit der Temperaturmessung in der dynamischen Differenzkalorimetrie wird bei Temperaturen bis über 1600 °C auf Werte unter 1 K verbessert. Den Nutzern werden diese Normale, analog zu den bisher genutzten Reinstmetall-Fixpunkten, als Referenzproben zur Verfügung gestellt. Das Verfahren ist bereits zum Patent angemeldet und soll in Zukunft auch in anderen Apparaturen für thermophysikalische Materialuntersuchungen eingesetzt werden.

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