Mit TOMMI das Sintern oder Schmelzen kontrollieren

Auf der Materialica vom 30. September bis 2. Oktober in München präsentiert das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC sein in Kleinserie hergestelltes Spezialgerät „TOMMI“. Besonders interessant ist das Gerät für die keramische Industrie und die Glasindustrie, da es die berührungsfreie optische Kontrolle von Wärmeprozessen erlaubt.

Beim Sintern von Keramiken oder beim Schmelzen von Gläsern war man bisher auf langjährige Erfahrung einerseits und Versuch und Irrtum andererseits angewiesen, d.h. man konnte erst am Endprodukt feststellen, ob die eingestellten Pro-zessparameter, wie Temperatur und Dauer, richtig gewählt waren. Mit TOMMI schaut man sozusagen beim Sintern bzw. Schmelzen zu. Ganz einfach dargestellt: Dreht man an der Temperaturregelung, kann die Auswirkung am Objekt direkt beobachtet werden. Mit dem dabei gewonnenen Wissen lassen sich die Brenn- bzw. Schmelzbedingungen optimieren, was direkt auf eine Verbesserung der Qualität des Endprodukts und eine Reduzierung der Produktionskosten wirkt.

Entwicklung und Bau
TOMMI ist ein optisches Dilatometer, dessen grundlegende Verfahren am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelt und in der Außenstelle Bronnbach in ein serienreifes Gerät umgesetzt wurden. Damit ist erstmals die präzise berührungsfreie Erfassung der Schwindung eines Bauteils oder Probestücks während des Brenn- bzw. Schmelzvorgangs möglich.

Funktionsweise am Beispiel Sintern
Keramische Produkte werden durch Sintern verdichtet und verfestigt. Die Sinterung bestimmt wesentlich die Qualität des Endprodukts und ist ein wichtiger Kostenfaktor bei der Produktion. Genaue Informationen über den tatsächlichen Sinterzustand der Keramik können deshalb erheblich zur Qualitätsverbesserung beitragen und die Kosten bei der Herstellung verringern.

Beim Brennen nimmt die Porosität eines Keramik-Körpers ab, das Bauteil schwindet. Wird diese Schwindung gemessen, können daraus Informationen über den Grad der Sinterung gewonnen werden. Die bisher verwendeten Methoden arbeiten jedoch nicht berührungsfrei und können so unter Umständen das Messergebnis beeinflussen, beispielsweise durch Verformung des Bauteils, chemische Reaktionen beziehungsweise Anbacken an dessen Oberfläche.

Das optische Dilatometer TOMMI dagegen arbeitet berührungsfrei. Es zeichnet den Schattenwurf eines Bauteils oder Probestücks im Gegenlicht mit einer Kamera auf. Mit einer speziellen Software wird in enger zeitlicher Abfolge der Abstand gegenüberliegender Kanten am Bauteil gemessen, Verschiebungen des Bauteils im Messfenster werden dabei berücksichtigt. Auf diese Weise wird eine Auflösung von etwa zwei Mikrometer bei hoher Reproduzierbarkeit erreicht. Im Messfenster können Bauteile mit eine Länge von maximal 25 Millimeter bei einer Maximaltemperatur von 1 700 °C vermessen werden.

Da TOMMI ohne bewegliche Teile auskommt, ist die Anlage wenig störanfällig. Neben der eigentlichen Sinterung kann das Gerät auch zur Analyse von Verformungen bei der Temperung oder von Benetzungsphänomenen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden.