Otthon, a gépkocsikban vagy az iparban az üveg univerzális alapanyag. Rendkívüli tulajdonságainak köszönhetően gyakran nincs is alternatívája. A Fraunhofer intézet új üvegelemzési módszerrel állt elő.
A magas hőmérsékletű üzemanyagcellák esetében, ahol fém és a kerámia anyagú elemek váltakoznak egymással, biztosítani kell, hogy a hidrogén ne távozzék robbanásszerűen a kétféle réteg közül, ehhez az elemek nagyon szilárd kapcsolata és minél szűkebb tömítés szükséges. Ezt kizárólag üveg felhasználásával lehet elérni.
A probléma az, hogy miként viselkedik a forrasztásra használt üveg ilyen magas hőmérsékleten, milyen mértékben nő meg a térfogata melegítés hatására. Eddig ennek mérésére egy tolórudat alkalmaztak, amely az üvegről egy hengerbe csúszik. Ha az üveg felmelegszik, kitágul, és visszanyomja a rudat. Azonban, ha az üveg megolvad, nem engedi el a tolórudat, így az alkalmatlanná válik a feladatra. Az üveg tulajdonságainak vizsgálatához azonban a tudósoknak egy megbízható, hatékony és egyszerű mószerre volna szükségük.
A Wertheim-i Fraunhofer Institute Silicate Research (ISC) nemrég kifejlesztett egy thermo-optikai mérőeszközt, amellyel lehetővé válik az üveg átfogó jellemzése.
A rendszerrel először lehet egyidejűleg tanulmányozni az üveg összes tulajdonságát laboratóriumi léptékben – mondta Andreas Diegeler, az ISC műszerfejlesztő központjának vezetője. A rendszer magában foglal egy kemencét, amelybe egy CMOS kamera tekint. Ez lehetővé teszi a kutatóknak, hogy az üveg hevítése alatt egyfolytában megfigyelhessék a vizsgálati anyagot.
Az üvegelemzés központi eleme egy maximális buborékot fúvó modul, amellyel a tudósok az olvadás alatt is meg tudják mérni az üveg viszkozitását és a rajta lévő felületi feszültséget. Az elv a következő: az üveget egy kvarcüvegből készült tégelyben hevítik. Mivel a kvarcüveg magasabb olvadáspontú (1600 Celsius fok), mint a többi üveg, a tégely egyben marad, miközben a benne lévő üveg megolvad. A kvarcüveg kapiláris – egy pipetta, amelynek belső átmérője 1-3 milliméter közt van – teljesen automatikusan, a melegítőeszköz tetején keresztül belemerül a megolvadt üvegbe. A pontosan meghatározott volumenű üvegbe egy teljesen automatizált eljárással a kapillárison keresztül be lehet fújni.
Az olvadt üvegbe mártott kapilláris pont úgy működik, mint a szódavízbe mártott szívószál: levegőt fújva rajta keresztül, a vízben levő buborékok felemelkednek. Ám ez nem minden közegben egyforma mértékben történik, a joghurtban csak néhány buborék jelenik meg, ha belefújunk. Ehhez hasonlóan a kutatók meg tudják határozni a viszkozitást (áramlási rezisztenciát) az üvegben, annak alapján, ahogy a buborékok kialakulnak, és meg tudják határozni az olvadt üveg felületi feszültségét is. A thermo-optikai mérési elveket felhasználva ezen kívül meg tudják határozni az üveg alapvető tulajdonságait is, mint például a felhasználással összefüggő hőtágulás.
Az eljárásnak számos előnye van. „Egyrészt időt takarít meg. A thermo-optikai rendszerrel a korábbinál ötször gyorsabban képesek vagyunk meghatározni az üveg tulajdonságait. Mivel ahelyett, hogy külön készítenénk el öt mintát, hogy azokon elemezzük az üveg öt viszkozitás-pontját, most elég egy minta, amelyet a hevítési folyamatnak vetettek alá. Ezáltal csupán egy vizsgálati mintára van szükségünk, ami 80 százalékos megtakarítást jelent” – összegezte az eredményeket Diegler.
Ez a módszer ugyanakkor az üvegek vizsgálatán kívül másra is alkalmas. Bármilyen olvadékok esetben is alkalmazható, mint amilyenek az acél vagy a salak. Egy másik érdekes alternatívát jelent, hogy a tesztelések során bejuttatott, az üveggel reakcióba nem lépő gáz helyett olyat alkalmaznak, mely kémiai reakcióba lép az anyaggal, ilyenformán megváltoztatja annak tulajdonságait. Ez akár egy újfajta eljárás lehet a teljesen új karakterisztikájú üvegek kialakításában. A rendszert már piacra dobták, néhány vásárlója már a gyakorlatban is alkalmazza.
Forrás: Fraunhofer Institute/R&D Magazine