Thermische Analyse: Was versteht man darunter?
Bei der thermischen Analyse handelt es sich um eine Methode, die angewendet wird, um die chemischen und die physikalischen Eigenschaften von Verbindungen und Elementen wissenschaftlich zu messen.
Für Messgeräte für thermische Analysen ergibt sich in dem Bereich der Industrie somit ein vielfältiger und weiter Anwendungsbereich. Was unter dem Prozess der thermischen Analyse im Detail verstanden wird und welchem Zweck sie dient, erklärt der folgende Beitrag.
Ermittlung der Siede- und Schmelzpunkte von Stoffen
Der Stoff, der im Zuge der sogenannten dynamischen Thermischen Analyse untersucht wird, wird langsam abgekühlt oder erhitzt. Dabei ist stets darauf zu achten, dass das Thermodynamische Gleichgewicht beibehalten wird. Die Temperatur wird im Rahmen der Abkühlung beziehungsweise Erhitzung kontinuierlich mithilfe eines Thermoelementes gemessen.
Zu den Verfahren, die im Bereich der dynamischen Thermischen Analyse angewendet werden können, gehören etwa die Emissionsgas-Thermoanalyse, die Differential-Thermoanalyse, die Dynamische Differenzkalorimetrie und die Thermogravimetrie.
Es existiert daneben auch die statische Thermische Analyse, welche beispielsweise in dem Gebiet der Mineralogie zum Einsatz kommt. Bei dieser wird die jeweilige Mineralprobe, die es zu untersuchen gilt, über mehrere Stunden oder sogar Tage auf einer konstanten Temperatur gehalten. Der jeweilige Glüh- beziehungsweise Wasserverlust wird währenddessen ständig erfasst und dokumentiert.
Ermittelt werden dabei die Umwandlungspunkte, an denen das Material seine Form von fest nach flüssig und gasförmig ändert, also seine Siede- und Schmelzpunkte abhängig von veränderten Temperaturen.
Die Thermische Analyse in der Werkstoffkunde
Geht es um Kunststoffe, Legierungen und Metalle, stehen im Fokus der Thermischen Analyse vor allem die Übergänge des Aggregatzustandes von fest nach flüssig. Von Bedeutung sind darüber hinaus auch eventuelle Änderungen der Temperatur, die sich im festen Zustand zeigen. Durch Haltepunkte lassen sich nämlich ebenfalls Umwandlungen des Kristallsystems erkennen. Derartige Umwandlungen des Kristallsystems lassen sich wiederum nutzen, um eine Härtung der Legierungen und Metalle vorzunehmen.
Abgebildet werden die Ergebnisse, die im Zuge der Messung gewonnen wurden, in einem Temperatur-Zeit-Diagramm. Die Punkte innerhalb des Diagramms werden dabei miteinander verbunden, sodass sich spezifische Abkühl- beziehungsweise Aufheizkurven ergeben.
Der Zweck der Thermischen Analyse
Die Ergebnisse, die mithilfe dem Verfahren der Thermischen Analyse gewonnen werden können, lassen unter anderem Rückschlüsse darauf ziehen, wie sich der metallurgische Zustand einer Schmelze gestaltet, etwa hinsichtlich ihrer Veredelung, der Kornfeinung, des Sättigungsgrades oder der Impfung. Prozessbegleitend können so Hinweise zu Korrektur und Regelung der Schmelze formuliert werden, um die jeweiligen Qualitätsvorgaben zu jeder Zeit einhalten zu können.
Um die Informationen, die anhand der endothermen beziehungsweise exothermen Reaktionen, die sich im Zuge der Erstarrung und der Abkühlung von Metallschmelzen ergeben, gewonnen werden, professionell nutzen zu können, besteht die wichtigste Voraussetzung jedoch immer darin, dass sich die Messung der Temperatur schnell und präzise gestaltet. Dies gilt somit beispielsweise, wenn es um Impfmittelwirkungen und -löslichkeiten, die belastbare Definition von Liquidustemperatur im Bereich sehr dynamisch erstarrender Materialien und die Lunkerbildung geht.
Die gesamte Messkette ist dafür verantwortlich, welche Qualität die jeweiligen Ergebnisse, die im Rahmen der Thermischen Analyse gewonnen werden, aufweisen. In der Regel setzt sich diese Messkette dabei aus dem Temperatursensor, also dem Thermoelement im Tiegel, der Ausgleichsleitung, dem Thermodraht und dem Digital- beziehungsweise Analog-Wandler zusammen.
