Wir wissen aus den letzten Türchen unseres Adventskalenders, wie heiß ein Räucherkerzchen wird. Wir wissen auch, dass die Wärmemenge, die das Kerzchen erzeugen kann, nicht ausreicht, um unseren Räuchermann in Brand zu setzen.

Aber wie groß ist diese Wärmemenge überhaupt? Bei gleicher Temperatur wird ja ein großes Räucherkerzchen mehr Wärme erzeugen als ein kleines. Reicht diese Wärmemenge aus, damit der Rauch an die Decke steigt?

Um diese Fragen zu beantworten, greifen wir auf Methoden der thermischen Analyse zurück. Solche Verfahren können zum Beispiel eingesetzt werden, um zu beantworten, bei welchen Temperaturen die Räucherkerze abbrennt, welche Änderungen der Masse auftreten oder welche Gase dabei entstehen.

Zur Abschätzung der Wärmemenge, die ein Räucherkerzchen freisetzt, führen wir eine Differenz-Thermoanalyse durch. Dabei geben wir eine kleine Materialprobe der Räucherkerze in einem Gerät in einen winzigen, feuerfesten Tiegel. In einen identischen Tiegel nebenan legen wir eine bekannte Vergleichsprobe. Jeder der beiden Tiegel ist mit einem hoch genauen Temperatursensor ausgerüstet. Beide Tiegel messen wir dann mit einem identischen Temperaturprogramm. Das heißt, wir erhöhen systematisch, einer kontrollierten Funktion folgend,  die Temperatur.

Sollte das Räucherkerzchen – also unsere Probe – bei irgendeiner Temperatur anfangen zu verbrennen, wird Wärme frei und die Temperatur des Tiegels erhöht sich. Die Vergleichsprobe brennt aber nicht. Somit entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen Probe und Referenz. Diese Differenz zeichnet unser Messgerät als DTA-Signal auf. Die Fläche unter der DTA-Kurve ziehen wir zur Bestimmung der Wärmemenge heran.

Das Fraunhofer IKTS setzt diese Technik ein, um beispielsweise das Entbindern (Ausbrennen von organischen Hilfsstoffen für die Formgebung) von keramischen Formkörpern zu analysieren. Im Fokus stehen chemische Reaktionen (z. B. Oxidationen), Phasenumwandlungen (z. B. Aufschmelzen und Erstarren), die Bestimmung der Wärmekapazität und die Analyse aller Prozesse, bei denen Wärmeabgabe oder Wärmeverbrauch auftritt. Ziel solcher Untersuchungen ist es, die stattfindenden Prozesse aufzuklären. Die gewonnen Erkenntnisse nutzen wir dann zur Verbesserung und Optimierung von Prozess-, Material- oder Bauteileigenschaften.

Für unser Räucherkerzchen führten wir die DTA-Messung durch. Beim Verbrennen entsteht eine Wärmemenge von ca. 17,5 kJ je g Räucherkerze. Wir sehen, dass bereits ab etwa 200 °C die ersten exothermen Zersetzungsprozesse beginnen. Zwischen 400 °C und 500 °C kann dann schon ein Großteil der Masse des Räucherkerzchens verbrannt werden.

Tauchen Sie tiefer ein in die thermische Analyse und Thermophysik in der Hochleistungskeramik und entdecken Sie dabei, wie komplex und vielfältig ein solches Thema sein kann.

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