In den thermophysikalischen und thermomechanischen Laboren des Fraunhofer IWM werden mit modernsten Verfahren temperaturabhängige Materialeigenschaften untersucht. Diese Eigenschaften bilden eine unverzichtbare Basis um die Auswirkungen thermischer Belastung von Bauteilen zu bewerten, fundierte Daten für Simulationsrechnungen zu gewinnen und Fertigungsprozesse hinsichtlich Konturgenauigkeit, Bauteilauslegung und Energieverbrauch zu optimieren. Dazu bestimmen wir folgende Kenngrößen:
Unsere Untersuchungen helfen bei der Auslegung und Simulation von Fertigungsprozessen, bei der Aufklärung von technischen Schadensfällen, bei der Entwicklung und Qualifizierung neuer Legierungen und bei der Optimierung verschiedener Materialkombinationen. Wir sind Ansprechpartner für Fragen wie:
Das Leistungsangebot zur thermophysikalischen und thermomechanischen Werkstoffcharakterisierung richtet sich an Hersteller und Verarbeiter von Metallen, Keramiken, Kunststoffen und Gläsern, bei denen Prozessschritte eine Rolle spielen, wie Formgebung, Wärmebehandlung, Schweißen, Warmumformung, Kaltumformung.
Die Messergebnisse helfen unseren Auftraggebern, Fertigungsprozesse hinsichtlich Konturgenauigkeit, Bauteilauslegung und Energieverbrauch zu optimieren, die Auswirkungen thermischer Belastung von Bauteilen zu bewerten und fundierte Daten für Simulationsrechnungen zu gewinnen.
Spezifische Wärmekapazität mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC)
Dynamisches Wärmestrom-Differenzkalorimeter (Differential Scanning Calorimeter, DSC)
Messprinzip der DSC
Probentiegel und leerer Referenztiegel befinden sich auf einer gut leitenden Platinhalterung und werden vom umgebenden Ofen erwärmt. Mit einem Differenzthermoelement wird dabei der jeweilige Wärmestrom von den Tiegeln in die Halterung gemessen. Da der Probentiegel bei der Aufheizung zur Selbsterwärmung mehr Energie benötigt als der leere Tiegel, kann aus der gemessenen Wärmestromdifferenz die spezifische Wärmekapazität (= diejenige Wärmemenge, die zum Aufheizen von 1 g Material um 1 °C erforderlich ist) berechnet werden. Außerdem zeigt das DSC-Signal endotherme oder exotherme Prozesse, d. h. Phasenumwandlungen, magnetische Umwandlungen, Glasübergangstemperatur, Schmelz- und Kristallisationstemperatur, chemische Reaktionen, u. a.
Thermische Ausdehnung mittels thermomechanischer Analyse (TMA)
Thermomechanischer Analysator (TMA)
Messprinzip der TMA
In der TMA wird die Probe senkrecht von einer U-förmig gebogenen Schubstange gehälten, während der umgebende Ofen die Probe aufheizt, bzw. kühlt. Dabei dehnt sich das Probenmaterial thermisch aus und die temperaturabhängige Längenänderung DL(T) wird vom Wegaufnehmer am Ende der Schubstange gemessen. Aus der gemessenen Probendehnung kann der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient α(T) wie folgt berechnet werden:
Außerdem können volumetrische Phasenumwandlungen, Schrumpfungs- und Sinterprozesse in der TMA verfolgt werden.
Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit mittels Laser-Flash-Analyse (LFA)
Laser- Flash- Apparatur (LFA)
Messprinzip der LFA
Bei der Laser Flash Analyse wird die untere Seite einer Probe mit einem kurzen Laserpuls erhitzt. Die Wärme verteilt sich dann in der Probe. Auf der Probenoberseite misst ein Infrarotdetektor den zeitlichen Temperaturanstieg. Durch einen Fit dieses Temperaturprofils kann die Temperaturleitfähigkeit α(T) berechnet werden. Zusammen mit der temperaturabhängigen Dichte und der spezifischen Wärmekapazität des Materials kann aus der Temperaturleitfähigkeit die Wärmeleitfähigkeit wie folgt berechnet werden:
Thermomechanische Prüfungen von Metallen mit der Versuchseinrichtung »Gleeble 3150«