Metalle & Legierungen
Keramik & C/C Verbundwerkstoffen
F&E / QC
Antrieb & Treibstoffe
Fortschritte in den Bereichen Raumfahrt und Verteidigung beruhen auf der Spitzenforschung bei Metallen, Legierungen und fortschrittlichen Werkstoffen.
Von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt bis hin zu Hochleistungsstrukturen für kritische Umgebungen hängt der Erfolg von der Präzisionstechnik und strengen Qualitätsstandards ab. Unsere Technologien unterstützen diese Branchen mit der Partikelcharakterisierung, Elementaranalyse, thermischen Verarbeitung, mechanischen Prüfung und Probenvorbereitung und treiben so Innovation und Zuverlässigkeit in der Materialwissenschaft für Raumfahrt- und Sicherheitsanwendungen voran.
Unser kompetentes und professionelles Team unterstützt Sie bei der Suche nach der perfekten Lösung!
Moderne Raketentriebwerke werden heute routinemäßig mit fortschrittlichen 3D-Drucktechniken hergestellt, die eine optimale strukturelle Stabilität, ein geringeres Gewicht und ein geringeres Gewicht ermöglichen.
integrierte Kühlkanäle, die bisher mit herkömmlichen Verfahren nicht herstellbar waren. Dieser Durchbruch in der additiven Fertigung hat die Produktion komplexer Komponenten wie Raketenteile und Flugzeugtriebwerkselemente verändert, bei denen Leistung und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.
Bei diesen Anwendungen spielen Metallpulver – insbesondere Titan und Stahl – eine entscheidende Rolle. Für Prozesse wie den 3D-Druck oder die thermische Spritzbeschichtung müssen die Pulver streng kontrollierte Partikelgrößenverteilungen aufweisen, um eine konsistente und zuverlässige Verarbeitung zu gewährleisten. Im Allgemeinen werden kugelförmige Partikel innerhalb eines engen Größenbereichs bevorzugt, da sie leichter fließen und gleichmäßiger abgeschieden werden können. Ist der Größenbereich jedoch zu eng, nimmt die Packungsdichte ab, was zu Hohlräumen und Inhomogenitäten im Endprodukt führen kann.
Microtrac bietet ein umfassendes Portfolio an Technologien zur Analyse von Partikelgröße und -form, einschließlich Trocken- und Nassdispergiermethoden. Ihre Systeme sind so konzipiert, dass sie die strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigungsindustrie erfüllen. In dieser Application Note demonstriert Microtrac, wie die dynamische Bildanalyse (DIA), wie sie im CAMSIZER X2 implementiert ist, einen tiefen Einblick in die Pulverqualität bietet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sieben kann DIA sogar 0,005 % der übergroßen Partikel erkennen, wodurch sichergestellt wird, dass in der Produktion nur Pulver verwendet werden, die den höchsten Standards entsprechen.
Qualitätskontrolle für Metallpulver und pulvermetallurgische Prozesse basierend auf Partikelgröße und Morphologie mit Laserbeugung
Fortschrittliche Partikelcharakterisierung von Metallpulvern - insbesondere für die additive Fertigung und Pulvermetallurgie - unterstreicht den Bedarf an kugelförmigen Pulvern mit breiter Größenverteilung, um eine optimale Fließfähigkeit, Packungsdichte und Integrität des Endprodukts zu gewährleisten.
Das SYNC-Instrument integriert auf einzigartige Weise Laserbeugung mit dynamischer Bildanalyse, um sowohl Größe als auch Form - einschließlich Agglomerate, Satelliten und übergroße Partikel - in einem einzigen automatisierten Lauf zu erkennen.
Die Oberflächenanalyse von Metallpulvern ist entscheidend für Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen, bei denen die Materialleistung unter extremen Bedingungen von größter Bedeutung ist. Die spezifische Oberfläche beeinflusst Eigenschaften wie Reaktivität, Sinterverhalten und mechanische Festigkeit, die für Komponenten wie Panzerung, Antriebssysteme und additive Fertigungsteile von entscheidender Bedeutung sind.
Die BELSORP-Serie von Microtrac, einschließlich der BELSORP MAX X, MAX G und MINI X, bietet fortschrittliche Funktionen für präzise Messungen der Oberflächen- und Porengrößenverteilung. Diese Geräte verwenden Gasadsorptionstechniken, die Standards wie ASTM B922 und ISO 9277 einhalten und zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse gewährleisten.
Werfen Sie einen Blick auf die Liste der Standardkonformität für Microtrac-Produkte:
Der BELSORP MAX X zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, bis zu vier Proben gleichzeitig zu analysieren und dabei einen breiten Druck- und Temperaturbereich abzudecken. Es unterstützt verschiedene Adsorbate und ermöglicht so eine umfassende Charakterisierung von Materialien. Das BELSORP MAX G ist mit seiner Ultratiefdruck-Messfunktion ideal für die Bewertung von mikro-, meso- und makroporösen Materialien.
Die genaue Dichtemessung von Metallpulverlegierungen ist in Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen von entscheidender Bedeutung, da die Materialleistung und die strukturelle Integrität von größter Bedeutung sind. Die Microtrac BELPYCNO-Serie bietet eine präzise Bestimmung der wahren Dichte und der Skelettdichte mit Hilfe von Gasverdrängungsmethoden, typischerweise mit Helium.
Diese Instrumente sind für die Bewertung von Metallpulvern unerlässlich, die in der additiven Fertigung, beim Sintern und bei ballistischen Komponenten verwendet werden. Das Verständnis der wahren Dichte hilft bei der Erkennung von Porosität, der Bewertung der Pulverqualität und der Sicherstellung der Konsistenz von Komponenten wie Panzerungen, Raketenteilen und Luft- und Raumfahrtstrukturen.
Die Gaspyknometer von Microtrac entsprechen internationalen Normen, einschließlich ASTM B923 für die Skelettdichte von Metallpulvern und ISO 12154 für die Gaspyknometrie. Diese Normen stellen sicher, dass die Messungen den strengen Anforderungen der Spezifikationen für Verteidigungsmaterialien entsprechen.
Oder dies bezieht sich auf die Dichtemessung von additiven Formmaterialien für 3D-Drucker durch die Gasverdrängungsmethode:
Verteidigungsausrüstung ist auf hochwertige Metalle angewiesen – von Panzerplatten aus Stahl und Geschützrohren bis hin zu Flugzeugzellen- und Triebwerksteilen aus Titan. Die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Härte, Zähigkeit) dieser Metalle werden direkt durch ihren Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel und anderen Elementen beeinflusst. So beeinflussen Kohlenstoff und Schwefel die Härte und Verarbeitbarkeit von Stählen und Titan maßgeblich.
Der ELEMENTRAC CS-i Analysator verwendet einen leistungsstarken Induktionsofen (Sauerstoffatmosphäre >2000 °C) mit Infrarotdetektion, um Kohlenstoff und Schwefel in Metallproben genau zu quantifizieren.
Präzise Sauerstoff- und Wasserstoffprüfung an verschiedenen Legierungen. Insbesondere die Sauerstoffbestimmung in Titan ist eine der häufigsten Analysen für flugkritische Bauteile.
Ebenso ist der Sauerstoff- , Stickstoff- und Wasserstoffgehalt in Metallen kritisch – überschüssiger Sauerstoff oder Stickstoff kann Titan und Stahl verspröden, und Wasserstoff kann in hochfesten Legierungen gefährliche Risse (Wasserstoffversprödung) verursachen.
Die Inertgas-Fusionsanalysatoren von Eltra (wie die ONH-Serie) messen diese leichten Elemente im ppm-Bereich. ELEMENTRAC ONH-p2 kann O, N, H in Metallen oder sogar Keramiken mit einem Impulsofen bis zu 3000 °C bestimmen. Diese Fähigkeit wird beispielsweise verwendet, um Titan in Flugzeugqualität zu zertifizieren oder um sicherzustellen, dass eine Charge Spezialstahl für einen U-Boot-Rumpf keinen übermäßigen Wasserstoff enthält, der die Integrität beeinträchtigen könnte.
Die materialographische Analyse von Metallpulvern ist im Verteidigungs- und Sicherheitssektor unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Leistung von Komponenten zu gewährleisten, die durch Pulvermetallurgie und additive Fertigung hergestellt werden. QATM bietet umfassende Lösungen für die metallographische Vorbereitung und Analyse, die eine detaillierte Untersuchung von Mikrostrukturen ermöglichen, die für militärische Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.
ASTM: Metallographische und materialographische Probenvorbereitung, Lichtmikroskopie, Bildanalyse und Härteprüfung ist eines der ersten Referenzdokumente in diesem Bereich.
Der Präparationsprozess beginnt mit präzisem Schneiden, oft mit Präzisionsschneidern, die mit dünnen CBN-Klingen ausgestattet sind, um repräsentative Proben zu erhalten.
Die umfangreiche Datenbank mit Anwendungshinweisen und Aufbereitungsmethoden von QATM bietet detaillierte Protokolle, die auf bestimmte Materialien und Prozesse zugeschnitten sind und die Entwicklung und Qualitätssicherung von verteidigungsrelevanten Komponenten unterstützen.
Die anschließende Heißmontage unter Verwendung von Pressen wie denen der Qpress-Serie kapselt die Probe ein, was die Handhabung erleichtert und empfindliche Merkmale während des Schleifens und Polierens schützt. Dieser Schritt ist entscheidend für die Erhaltung der Integrität der Mikrostruktur der Probe.
Das Schleifen und Polieren erfolgt mit halbautomatischen Maschinen, die eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit gewährleisten, die für eine genaue mikroskopische Analyse erforderlich ist. Diese Maschinen sind für verschiedene Materialien geeignet, darunter Stähle und Nickel-Superlegierungen, die häufig in Verteidigungskomponenten verwendet werden.
Die abschließende Analyse kann Härteprüfungen und mikroskopische Untersuchungen umfassen, um Eigenschaften wie Korngröße und Phasenverteilung zu bewerten, die für die Vorhersage des Materialverhaltens unter Betriebsbelastungen von entscheidender Bedeutung sind.
Zu den militärischen Spezifikationen für Metalle gehören häufig Wärmebehandlungen (Härten, Anlassen, Glühen), um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Carbolite-Öfen können so ausgestattet werden, dass sie den Wärmebehandlungsstandards für die Luft- und Raumfahrt wie AMS2750 (NADCAP) entsprechen und in Produktionslinien für die Verteidigung sowie in Forschungs- und Entwicklungslabors eingesetzt werden.
Zum Beispiel muss eine Turbinenschaufel eines Düsentriebwerks, die aus einer Nickel-Superlegierung besteht, präzise Hochtemperaturzyklen in einer kontrollierten Atmosphäre durchlaufen, um die richtige Kristallstruktur zu entwickeln. Die Kammer- und Vakuumöfen von Carbolite bieten die gleichmäßig hohen Temperaturen und die genaue Steuerung, die für diese Prozesse erforderlich sind, mit der Gewissheit, dass die Einhaltung von Standards und die Rückverfolgbarkeit der Kalibrierung gewährleistet sind.
Mit Hochenergie-Kugelmühlen können Forscher mechanisches Legieren durchführen, ein Verfahren, bei dem Pulver aus verschiedenen Metallen zusammengemahlen werden, um neuartige Legierungen oder nanostrukturierte Materialien herzustellen.
Verteidigungsforscher, die neue Leichtmetalllegierungen oder metastabile Phasen (für Panzerungen oder reaktive Materialien) erforschen, verwenden solche Mühlen, um kleine Materialchargen herzustellen, die nicht durch Schmelzen hergestellt werden können.
In unserem Anwendungshinweis: Lösungen für die Probenvorbereitung in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind möglich, um die Lösungen von Retsch zu vertiefen.
Ein Beispiel kann die Entwicklung einer neuen Aluminiumlegierung sein, die mit keramischen Nanopartikeln angereichert ist, um die Panzerung zu verbessern. Pulver können intensiv gemahlen werden, um die Keramik in die Metallmatrix einzubetten. Diese Methode war wichtig bei der Herstellung von Superlegierungen und Verbundpulvern für Verteidigungsanwendungen (wie Wasserstoffspeicherlegierungen für U-Boote oder neue magnetische Materialien für Sensoren).
Hochleistungskeramiken (z.B. Borcarbid für Panzerplatten oder Oxidkeramiken für Motorbauteile) und Carbon/Carbon-Verbundwerkstoffe sind bei ihrer Herstellung auf feine Pulver oder Vorprodukte angewiesen. Carbon-Carbon-Verbundwerkstoffe sind fortschrittliche Materialien, die aus Kohlenstofffasern bestehen, die in eine Kohlenstoffmatrix eingebettet sind und für ihre außergewöhnliche Festigkeit, thermische Stabilität und Beständigkeit gegen extreme Umgebungen bekannt sind.
Inconel 718 ist eine Hochleistungs-Nickel-Chrom-Legierung, die aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften und ihrer Beständigkeit gegen extreme Umgebungen zu einem kritischen Material in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie geworden ist. Diese Legierung ist bekannt für ihre hervorragende Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen bis zu 1300 °F und eignet sich daher ideal für hochbeanspruchte Anwendungen wie Düsentriebwerke, Raketenmotoren und Gasturbinen.
In der Luft- und Raumfahrt wird Inconel 718 häufig bei der Herstellung von Teilen für Hochgeschwindigkeitsflugzeugzellen verwendet, darunter Räder, Schaufeln, Abstandshalter sowie Hochtemperaturschrauben und -befestigungen. Seine Fähigkeit, die strukturelle Integrität zu erhalten und Oxidation und Korrosion bei hohen Temperaturen zu widerstehen, gewährleistet die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Luft- und Raumfahrtkomponenten.
Die Verder-Gruppe kann verschiedene Lösungen für die Produktion und Steuerung von Inconel 718 anbieten:
Die Härte ist eine grundlegende Eigenschaft für militärische Materialien, da sie direkt mit der Festigkeit und Verschleißfestigkeit korreliert und im Falle von Panzerungen ein Schlüsselindikator für die ballistische Leistung sein kann. Die Materialhärte ist entscheidend für die Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Militärwaffen.
QATM bietet ein umfassendes Sortiment an Lösungen für die Härteprüfung, das alle Standardmethoden – Vickers, Brinell, Rockwell und Knoop – abdeckt, von der Mikrohärteprüfung für dünne Beschichtungen und feine Mikrostrukturen bis hin zur Makrohärteprüfung von Schüttgütern. In einem Qualitätssicherungslabor für Verteidigungsgüter kann ein QATM-Härteprüfer routinemäßig für Rockwell-Härteprüfungen an jeder Charge von Panzerblechstahl eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß abgeschreckt und angelassen wurde.
Diese Tests sind unerlässlich, um zu überprüfen, ob die Materialien den strengen militärischen Spezifikationen entsprechen, die sich häufig auf Normen wie ASTM E18 für Rockwell oder ASTM E384 für die Vickers-Härteprüfung beziehen. Die hochpräzisen Instrumente von QATM verfügen häufig über automatisierte Probentische und fortschrittliche Bildgebungsfunktionen, die effiziente und genaue Tests an mehreren Punkten einer Probe ermöglichen.
Der ballistische Aufpralltest wird auch mit dem Mikrohärteprüfer Q10A + durchgeführt.
Die fortschrittlichen Öfen von Carbolite - einschließlich Rohröfen und Graphitelementöfen - spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung und Prüfung modernster Materialien wie technischer Keramik und Kohlenstoff-Kohlenstoff (C/C)-Verbundwerkstoffe, die im Verteidigungssektor weit verbreitet sind. Bei der Herstellung von C/C-Verbundwerkstoffen werden polymerimprägnierte Kohlefaserbauteile schrittweise in einer inerten Atmosphäre erhitzt, um das Harz zu verkohlen - ein Prozess, der als Pyrolyse bekannt ist - und oft gefolgt von einer Graphitisierung bei noch höheren Temperaturen, um die Materialeigenschaften zu verbessern. Carbolite liefert spezialisierte Öfen für die Forschung und Entwicklung von Kohlefasern und Kohleverbundwerkstoffen, einschließlich Entbinderungsöfen (die bei etwa 800 °C arbeiten, um Bindemittel zu entfernen) und Hochtemperaturöfen für die Karbonisierung und Graphitisierung, die eine Temperatur von ca. 2500 bis 3000 °C erreichen können.
Diese Systeme ermöglichen die Herstellung von Klimat-Komponenten wie Raketendüseneinsätzen, Raketennasenkegeln und Bremsscheiben für Flugzeuge, die alle extremer Hitze und Belastung standhalten müssen. An der University of Virginia wird beispielsweise ein Hochtemperatur-Carbolite-Ofen (Modell LHTG 200-300) zur Herstellung von Keramik aus präkeramischen Polymermaterialien verwendet, um die Umwandlung von Polymeren in keramische Komponenten unter inerter Atmosphäre bei Temperaturen bis zu 3000 °C zu erleichtern.
Solche Fähigkeiten sind für die Verteidigungsforschung von unmittelbarer Bedeutung und unterstützen die Entwicklung von Materialien wie Siliziumkarbid-Keramikmatrizen oder anderen Ultrahochtemperatur-Verbundwerkstoffen für Anwendungen wie Hyperschall-Fahrzeugoberflächen.
Der Prozess der Probenvorbereitung ist sehr wichtig, um gute und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten. Die Verwendung des richtigen Frässystems ist unerlässlich, um die richtigen Ergebnisse zu erzielen, und wir können die Anforderungen aufteilen:
Die Kohlenstoffbestimmung und die thermogravimetrische Analyse sind wichtig für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe und kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK), da sie zur Bestimmung der Kohleausbeute und des Restharzgehalts beitragen - kritische Parameter für die Qualitätskontrolle und Leistungsbewertung.
Die Messung des Gesamtsauerstoffs in Aluminium- oder Keramikpulvern liefert einen indirekten Indikator dafür, wie viel Oberflächenoxidation stattgefunden hat: Bei Pulvern, bei denen sich Sauerstoff hauptsächlich in der Oberflächenschicht befindet, entspricht ein höherer Sauerstoffgehalt in der Regel einer dickeren Oxidschicht, die wiederum die Reaktivität, das Sintern und die Endeigenschaften bestimmt. Daher ist die routinemäßige Sauerstoffanalyse – ergänzt durch oberflächenspezifische Techniken – Standard für die Qualitätskontrolle in der Pulververarbeitung in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich.
Beide Arten von Analysen sind gängige Verfahren in der Materialwissenschaft, um die gewünschten Eigenschaften und Leistungen fortschrittlicher Materialien sicherzustellen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Verteidigung.
Die Vielseitigkeit von ELTRA ermöglicht die Prüfung von Pulvern, Fasern und Fertigteilen. ELTRA-Analysatoren (wie die ELEMENTRAC ONH- und CS-Serie) verwenden Widerstands- oder Induktionsöfen, die sehr hohe Temperaturen (bis zu 3000 °C) erreichen und die vollständige Zersetzung auch von hochstabilen Materialien wie C/C-Verbundwerkstoffen oder Keramiken gewährleisten. Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung von Kohlenstoff, Sauerstoff und anderen leichten Elementen. Darüber hinaus ist die ELTRA-Hardware so konzipiert, dass sie dank automatischer Reinigungssysteme und leicht abwaschbarer Brennkammern die Kreuzkontamination zwischen den Analysen minimiert.
Die Partikelgröße und -form von Keramikpulvern oder Kohlenstoffverbundwerkstoffen ist nützlich, um das Sinterverhalten und die endgültige Mikrostruktur vorherzusagen.
Bei der Durchführung von Partikelgrößenanalysen an Materialien wie Hochleistungskeramiken und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen gibt es besondere Herausforderungen, vor allem aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und strukturellen Eigenschaften. Keramiken und kohlenstoffbasierte Verbundwerkstoffe neigen aufgrund von Van-der-Waals-Kräften oder Oberflächenladungen zur Agglomeration.
Dies kann es schwierig machen, eine genaue und repräsentative Partikelgrößenverteilung ohne richtige Dispersion zu erhalten. Durch den Einsatz von dynamischen Bildanalyse-/Laserbeugungsinstrumenten wie dem Microtrac CAMSIZER X2 und Microtrac SYNC ist es möglich, Primärpartikel von Agglomeraten zu unterscheiden.
Diese Materialien haben oft nicht-sphärische Partikelformen, was die Ergebnisse von Instrumenten, die sphärische Modelle annehmen, beeinflussen kann. Verwenden Sie Analysetools, die sowohl Größen- als auch Formdaten bereitstellen, z. B. solche, die auf der Bildanalyse basieren.
Bei C/C-Verbundwerkstoffen (kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff, der aufgrund ihrer Fähigkeit, extremer Hitze standzuhalten, in Raketenspitzen, Raketendüsen und Bremsscheiben von Flugzeugen verwendet wird) ist die Porosität ein kritischer Parameter. Diese Verbundwerkstoffe werden hergestellt, indem eine Kohlefaser-Vorform mit Harz oder Pech infiltriert und karbonisiert wird, oft wiederholt, um sich zu verdichten. Das endgültige Material enthält in der Regel noch eine gewisse Restporosität. Die Größe dieser Poren (Mikroporosität innerhalb der Kohlenstoffmatrix im Vergleich zu größeren Hohlräumen) kann die mechanische Festigkeit und Ablationsbeständigkeit des Verbundwerkstoffs beeinflussen.
Die Charakterisierung der Porengrößenverteilung in einem C/C-Verbundwerkstoff kann durch Gasadsorption für Mikroporen und Mesoporen und durch Quecksilberintrusion für größere Poren erfolgen.
So wird Aktivkohle beispielsweise in Gasmaskenfiltern und kollektiven Schutzsystemen verwendet, um chemische Kampfstoffe zu adsorbieren. Die Wirksamkeit dieser Kohlenstoffe steht in direktem Zusammenhang mit ihrer Oberfläche und Porenstruktur. Eine große Oberfläche (1000+ m²/g) mit entsprechenden Porengrößen (Mikro- und Mesoporen) ermöglicht es ihnen, toxische Moleküle effektiv einzufangen.
BELSORP werden häufig zur Charakterisierung solcher Materialien verwendet: Sie messen Stickstoffadsorptionsisothermen bei 77 K, um die BET-Oberfläche zu berechnen, und wenden DFT-Methoden an, um die Porengrößenverteilung zu bestimmen. Ein Beispiel ist eine Studie über Aktivkohlefasern, die zur Absorption eines Senfgas-Simulanzlösemittels (2-CEES) bestimmt sind.
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Im Bereich Raumfahrt und Verteidigungssektor ist die Einhaltung höchster Qualitäts- und Leistungsstandards unerlässlich. Forschungs- und Entwicklungsteams (F&E) sowie Qualitätskontrollabteilungen (QC) verlassen sich auf fortschrittliche Analysetechniken, um sicherzustellen, dass Materialien und Komponenten strenge Spezifikationen erfüllen. Die Verder Group bietet eine umfassende Palette von Instrumenten, die diese kritischen Prozesse unterstützen, darunter Werkzeuge für die Elementaranalyse, Wärmebehandlung, Partikelcharakterisierung, Materialographie und Härteprüfung sowie Mahlen und Sieben.
Bei der Dumas-Methode wird eine Probe bei hohen Temperaturen in einer sauerstoffreichen Umgebung verbrannt, wobei Elemente in ihre gasförmige Form umgewandelt werden (z. B. C in CO2, N in N2). Diese Gase werden dann durch Filter und Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) für Stickstoff und Infrarotzellen für die Kohlendioxidbestimmung geleitet. Dies liefert den Gesamtstickstoff- und Kohlenstoffgehalt innerhalb von Minuten.
Diese Bestimmung ist bei Treibstoffen wichtig, um die Zusammensetzung von energetischen Materialien wie Nitrocellulose zu bestimmen, bei denen der Stickstoffgehalt in direktem Zusammenhang mit dem Energiepotenzial und der Stabilität steht. Die Untersuchung von Kohlenstoff und Stickstoff stellt die Chargenkonsistenz von Schießpulver und Treibstoffen sicher, indem die erwarteten Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnisse überprüft werden. Der C/N-Gehalt wird auch zur Unterstützung der forensischen/militärischen Identifizierung und Alterungsanalyse von Materialien verwendet.
Im Verteidigungssektor, wo Hochleistungslegierungen wie Panzerstähle, Leichtmetalllegierungen für die Luft- und Raumfahrt und Artilleriematerialien eingesetzt werden, spielt die Metallographie sowohl bei der Entwicklung neuer Materialien als auch bei der Qualitätskontrolle der hergestellten Komponenten eine entscheidende Rolle.
Ziel ist es, mikrostrukturelle Merkmale zu identifizieren, die sich direkt auf die mechanischen Eigenschaften und das Betriebsverhalten des Bauteils auswirken.
Der metallographische Prozess umfasst die Extraktion einer Probe aus dem interessierenden Material, das Einbetten in Harz, um die Handhabung zu erleichtern, und das sorgfältige Polieren auf Hochglanz. Die polierte Oberfläche wird dann mit einem geeigneten Reagenz (Säure oder spezielle Lösung) chemisch geätzt, um Korngrenzen und Phasenunterschiede sichtbar zu machen.
Die präparierte Probe wird anschließend unter einem optischen metallurgischen Mikroskop bei verschiedenen Vergrößerungen (typischerweise 50x, 100x, 500x oder 1000x) unter Verwendung von Auflicht untersucht.
Die mikrostrukturelle Bewertung kann qualitativ (z. B. "gehärtete martensitische Struktur mit dispergierten Karbiden") oder quantitativ unter Verwendung von Bildanalysesoftware erfolgen. Quantitative Bewertungen können Folgendes umfassen:
Viele Materialien, die im Verteidigungssektor verwendet werden, kommen in Form von Pulvern oder porösen Feststoffen vor (z. B. granulierte Sprengstoffe, Verbundtreibstoffe, Raketenkatalysatoren und Adsorbentien für Gasmasken).
Eine wichtige Eigenschaft dieser Materialien ist ihre spezifische Oberfläche. Diese Eigenschaft wird üblicherweise in m2/g mit Gasadsorptionstechniken bei kryogenen Temperaturen gemessen, typischerweise unter Anwendung der BET-Methode (Brunauer-Emmett-Teller). Aus der resultierenden Adsorptionsisotherme berechnet das BET-Modell die Gesamtoberfläche, die erforderlich ist, um die beobachtete Menge an adsorbiertem Gas zu berücksichtigen.
Die spezifische Oberfläche eines explosiven Pulvers hat einen direkten Einfluss auf sein Verhalten. In der Regel führt eine größere Oberfläche (feinere oder porösere Partikel) zu einer höheren Reaktivität. Bei Festtreibstoffen beispielsweise ist die Abbrandrate eng mit der verfügbaren Oberfläche des Treibmittelkorns verknüpft, das der Verbrennung ausgesetzt ist. Daher müssen bei der ballistischen Konstruktion sowohl die Partikelgrößenverteilung als auch die Oberfläche sorgfältig optimiert werden, um eine stabile und sichere Verbrennung zu gewährleisten.
Im Rahmen der Qualitätskontrolle ermöglicht die Messung der spezifischen Oberfläche einer Charge von Schießpulver oder Sprengstoff die Überprüfung, ob sie innerhalb des gewünschten Bereichs liegt.
Auch die Langzeitstabilität solcher Materialien kann überwacht werden: Pulver können während der Lagerung aggregieren oder größere Kristalle bilden (wodurch sich die Oberfläche verringert) oder umgekehrt auseinanderbrechen (Vergrößerung). Die Gasadsorption ist daher wertvoll, um solche Veränderungen im Laufe der Zeit zu erkennen.
Neben der Berechnung der mittleren spezifischen Oberfläche (typischerweise aus dem linearen Bereich der BET-Isotherme) bieten Gasadsorptionstechniken auch Einblicke in die Porosität des Materials. Mit Methoden wie BJH (Barrett-Joyner-Halenda) kann die Verteilung der inneren Porengrößen bestimmt werden.
In einer Forschungs- und Entwicklungsumgebung für Verteidigungsgüter könnte man beispielsweise einen neuen Sprengstoff mit einer kontrollierten kristallinen Mikrostruktur entwickeln, die Poren in Nanogröße enthält. Ziel könnte es sein, die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Stößen zu verringern und gleichzeitig eine ausreichende Oberfläche zu erhalten, um eine hohe Detonationsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Die BET-Analyse wäre entscheidend, um zu validieren, wie sich Kristallisationsprozesse auf das Endprodukt auswirken.
Neben der Herstellung werden Wärmebehandlungsanlagen auch zur Prüfung des Materialverhaltens unter Hitze eingesetzt. Die Veraschungsöfen von Carbolite (z. B. zum Abbrennen des organischen Gehalts bei ~600–800 °C) können den Aschegehalt von Verbundwerkstoffen oder die Reinheit eines Treibmittels bestimmen, indem Proben verbrannt und Rückstände gemessen werden.
Zum Beispiel könnte ein Panzerungshersteller eine Probe einer keramischen Verbundplatte aschen, um das Verhältnis von Faser zu Matrix zu überprüfen (das Polymer wegbrennen und die Keramikasche wiegen). Hochtemperaturöfen können auch Betriebsbedingungen simulieren: Ein Labor kann eine Probe aus Panzerstahl oder Schutzbeschichtung erhitzen, um zu sehen, wie sie bei erhöhten Temperaturen auf dem Schlachtfeld oxidiert oder sich zersetzt.
Carbolit-Rohröfen mit kontrollierter Atmosphäre könnten verwendet werden, um Oxidationsbeständigkeitstests an Beschichtungen für Schiffsmotorkomponenten durchzuführen oder um elektronische Komponenten im Rahmen von Belastungstests einer längeren Hochtemperaturbelastung zu unterziehen.
Die Partikeleigenschaften wirken sich direkt auf das Materialverhalten aus, z. B. auf die Verbrennungsgeschwindigkeit, die Fließfähigkeit und die Packungsdichte. Die häufigsten Anwendungen, die erforderlich sind, sind:
Die Abbrandrate und Stabilität von Treibstoffen (wie Nitamin-Treibstoffen oder Raketentreibstoffen) und Sprengstoffen sind sehr empfindlich gegenüber der Partikelgröße. Tatsächlich schreiben die Spezifikationen des US-Militärs eine Microtrac-Analyse für bestimmte Treibladungen vor, um zu überprüfen, ob das Material innerhalb der erforderlichen Grenzwerte liegt.
Die Partikelgrößenverteilung ist wie folgt dargestellt:
| Distribution (percentile-weight %) | Microns | ||||
| 10% | 1.4+/-0.1 | ||||
| 50% | 4.2+/-0.3 | ||||
| 90% | 10.5+/-0.5 | ||||
| Mean | 5.2+/-0.5 | ||||
In Treibstoffen (wie z. B. Verbundstoff-Feststoffraketentreibstoffen oder Geschütztreibstoffen) muss die Partikelgröße von Inhaltsstoffen wie Oxidationsmitteln (z. B. Ammoniumperchlorat) und Metallbrennstoffen (z. B. Aluminiumpulver) sorgfältig optimiert werden. Feine Partikel tragen zu höheren Verbrennungsraten bei, während grobe Partikel die Verbrennung verlangsamen können. Eine bimodale Verteilung wird häufig verwendet, um die Packungsdichte zu erhöhen und das Verbrennungsprofil anzupassen. Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Partikelgröße des Oxidationsmittels oder des Brennstoffs (und damit die Verringerung der Oberfläche) die Brenngeschwindigkeit eines Treibstoffs verringern kann, da weniger Oberfläche für die Verbrennungsreaktion zur Verfügung steht.
Die Laserbeugungs- und Bildanalysesysteme von Microtrac ermöglichen schnelle und präzise Messungen von körnigen Sprengstoffen und Oxidationspulvern, um sicherzustellen, dass sie den Konstruktionsspezifikationen entsprechen.
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Obwohl die Laser- und optischen Analysatoren von Microtrac eine fortschrittliche Partikelgrößenbestimmung bieten, bleibt die Siebanalyse eine unkomplizierte und normkonforme Methode zur Messung von Partikelgrößenverteilungen, insbesondere für die Qualitätskontrolle. Bei der Herstellung von Aluminiumpulver für Raketentreibstoff wird das Pulver gesiebt, um beispielsweise sicherzustellen, dass 90 % 150 μm passieren und auf 50 μm zurückgehalten werden (eine Spezifikation, die die richtigen Brenneigenschaften gewährleistet).
Der Retsch Shaker kann diese Messung auf wiederholbare Weise durchführen. Die Siebanalyse ist auch nützlich, um die Größe von Sand- und Bodenpartikeln für militärische Befestigungen zu bewerten oder zu testen, ob der Staub in einer Wüstenumgebung in bestimmte Größenbereiche fällt, die sich auf Fahrzeugfilter auswirken könnten.
Retsch bietet verschiedene Lösungen an, um die Wettleistung zu garantieren. Lesen Sie den Anwendungsbericht:
| HMX Type | Size Range (µm) | Key Use | ||||
| Type A | 45–150 | Castable explosives | ||||
| Type B | 10-44 | Pressed compositions | ||||
| Ultrafine | <10 | Propellants, boosters | ||||
Hochschmelzende Sprengstoffe (HMX) erfordern eine strenge Kontrolle der Partikelgröße und -morphologie, um die Abbrandraten, die Packungsdichte und die polymorphe Stabilität zu optimieren. Kristallisationsmethoden – wie die ultraschallgestützte Transformation und die überkritische CO2 -Fällung – können HMX-Partikel von unter 5 μm bis über 300 μm erzeugen. Typische Standards (z. B. MIL-DTL-45444A) erfordern enge Partikelgrößenverteilungen und minimale Agglomeration.
Der Microtrac SYNC kombiniert Laserbeugung und dynamische Bildanalyse in einem System und identifiziert auf einzigartige Weise Feinanteile, übergroße Partikel, Satelliten und Formanomalien – alles entscheidend für die Qualität und Sicherheit des HMX.
Für Pyrotechnik und Treibmittel ist die Kenntnis der BET-Oberfläche nützlich, um vorherzusagen, wie schnell sich ein Material entzünden könnte oder wie viel Bindemittel benötigt wird, um Partikel zu beschichten. In einer verteidigungsbezogenen Studie wurden ultrafeine RDX-Sprengstoffe (Cyclotrimethylentrinitramin) synthetisiert und zusammen mit anderen Techniken durch BET-Oberfläche charakterisiert, was bestätigte, dass die ultrafeinen Partikel im Vergleich zu Standardmaterial eine vergrößerte Oberfläche und eine andere Empfindlichkeit aufwiesen.
Zum Beispiel kann der BELSORP-Max mehrere Proben gleichzeitig über einen Bereich von Drücken messen, um nicht nur die Oberfläche über Multi-Point-BET, sondern auch das Mesoporenvolumen über die BJH-Methode zu bestimmen, die zur Quantifizierung des Porenvolumens in Treibmittelpulvern oder Katalysatorpartikeln angewendet werden könnte, die in Treibmittelformulierungen verwendet werden.
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TGA ist eine wertvolle Technik in der Forschung zu Verteidigungsmaterialien. Mit dieser Technik ist es möglich, die thermische Stabilität von energetischen Verbindungen zu bestimmen (um sicherzustellen, dass sich ein Sprengstoff oder Treibmittel nicht zersetzt oder unter seiner vorgesehenen Betriebstemperatur Masse verliert), den Gehalt an Bindemitteln oder flüchtigen Bestandteilen in Verbundwerkstoffen zu messen oder den Feuchtigkeitsgehalt in Pulvern zu quantifizieren (kritisch für Pulver, die trocken bleiben müssen, um stabil zu bleiben).
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Wie fein ist die allererste Monderde, die wir je in der Hand gehalten haben? McKay und Kollegen feuern einen Microtrac-Laserbeugungsanalysator auf die Apollo-11-Probe 10084 und erfassen Körner im Submikrometerbereich, die bei Old-School-Sieben völlig übersehen wurden.
Cooper et al. drehen das Microtrac-Laserdiffraktometer auf den Boden von Apollo 11, um Körner zu zählen, die klein genug sind, um die Lungenbläschen eines Astronauten zu erreichen.
Taylors Team vermutet, dass jahrzehntelange Erdfeuchtigkeit den "orangefarbenen" Boden 74220 von Apollo 17 in immer kleinere Körner zermahlen könnte, und misst ihn nach wiederholten Nass-Trocken-Zyklen mit Hilfe der Laserdiffraktometrie (Microtrac) neu.
Robens und Co-Autoren kombinieren Adsorptionsexperimente mit Korngrößenspektren eines Microtrac Bluewave-Laserdiffraktometers, um die nanoskopische Rauheit mit der Wasser- und Kohlenwasserstoffaufnahme in den Böden von Apollo 11, 12 und 16 in Verbindung zu bringen.
Mit engagierten Expertenteams auf der ganzen Welt sind wir für Sie da - jederzeit und überall. Um Ihnen den bestmöglichen Service zu bieten, verfügt Verder Scientific über ein globales Netz von Niederlassungen und lokalen Vertriebsbüros. Wir freuen uns darauf, Ihnen mit Produktberatung, Live- und Online-Vorführungen sowie Anwendungsunterstützung weiterzuhelfen.
