T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

46 Experimentelle Arbeiten
Herstellung der Glasmatrizen und ihres teilkristallinen Zustands, nach Zufügung
eines ausgewählten kristallinen Füllstoffes des Koexistenz-Bereiches und nach der
Herstellung des so entwickelten Glaskeramik-Kompositlotes.
Mit dem Ausdehnungskoeffizient lässt sich die relative Volumen- und
Längenänderung eines Werkstoffes als Funktion der Temperatur beschreiben.
Um den thermischen Ausdehnungskoeffizient eines Festkörpers zu bestimmen, ist
neben einer genauen Temperatur- und Längenbestimmung das gleichmäßige
Erwärmen des gesamten Probekörpers erforderlich. Aus den so gewonnen
Versuchsdaten erhält man neben der Information über die Längenänderung, auch
Aussagen über das Sinterverhalten, die Transformationstemperatur der Glasmatrix
mit Informationen zu auftretenden Phasenübergängen.
An der Zentralabteilung Technologie (ZAT) im FZJ wird mittels eines so genannten
vertikalen Dilatometers (Modell L75/1550) der Firma Linseis der thermische
Ausdehnungskoeffizient gemessen. In einem geschlossenen Ofenraum des Gerätes
werden zwei Messproben mit einer geringeren Vorspannkraft über einen
Wegaufnehmer fixiert und der Ofen über eine wählbare Rampe kontinuierlich
aufgeheizt. Dabei wird neben der Temperaturänderung (T) an der Probe auch die
Längenänderung der Probe aufgezeichnet. Die Kompensation der Wärmeausdehnungen
der Gerätekomponenten wird durch die Kalibrierung der
Messapparatur mit einer Referenzprobe – hier Aluminiumoxid – mit bekanntem
Ausdehnungsverhalten realisiert.
Setzt man die Längenänderung der Probe zu der vor Versuchsbeginn gemessenen
Ausgangslänge der Probe in Relation, so ergibt sich ein relativer Längeausdehnungskoeffizient
(siehe Gleichung 4-1).
Gl. 4-1.
Neben diesem relativen Längenausdehnungskoeffizient, welcher die Ausdehnung
eines Festkörpers beschreibt, ist der so genannte technische
Ausdehnungskoeffizient (siehe Gl. 4-2) für die technologische Verwendung von
größerer Bedeutung. Hier wird die relative Längenänderung auf eine
Referenztemperatur, z.B. Raumtemperatur (20 °C) bezogen.
Gl. 4-2.
l
=
T ⋅l
tech
o
l
=
lo
Die Bestimmung des technischen Ausdehnungskoeffizients ist vor allem für die
Weiterverarbeitung bzw. Vergleich der Messdaten mit den SOFC-Komponenten
sinnvoll, da für die einzelnen Komponenten oftmals nur technische Ausdehnungs-