Welche Methode ist die richtige?

Dichtebestimmung für technische Keramiken

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 Die Zukunft der Dichtebestimmung 


Die gängigsten Verfahren für die Dichtebestimmung keramischer Bauteile sind das archimedische Prinzip mit einem manuellen Dichtekit, sowie die Schliffbildanalyse. Beide Verfahren werden für die Validierung eines Prozesses genutzt werden und können repräsentative Ergebnisse erzielen.
Gleichzeitig ergeben sich bei dem Verfahren Herausforderungen und Probleme die kritisch betrachtet werden müssen.

Fehlerfaktor Mensch im Bereich Keramik

Das manuelle Dichtebestimmungsverfahren nach Archimedes wird mit sogenannten Dichtekits durchgeführt. Hierbei handelt es sich um präzise Laborwaagen, die auch in der DImensionics Density zum Einsatz kommen. Für eine Wiegung übergibt der Prüfer zunächst durch Eingabe die relevanten Umweltparameter an das System. Anschließend erfolgt eine Messung an der Luft und in einer definierten Flüssigkeit, deren Dichte bekannt ist.

Die Fehlerquelle liegt in der Qualität und Genauigkeit der Durchführung durch den Prüfer. Der menschliche Einflussfaktor ist entscheidend und kann gravierende Auswirkungen auf das Ergebnis haben. Praktische Erfahrungen haben uns gezeigt, dass dieses Thema hohe Relevanz genießt. In Voruntersuchungen konnten wir bei Kunden Fehler nachweisen, die bei ihrer händischen Messung durch falsches oder ungenaues Handling des Bauteils entstanden. Die Fehleranfälligkeit wird durch überlastete Labore und Fachkräftemangel zusätzlich verstärkt. 

 

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 Schliffbilder- das richtige für die Fertigung? 

Schliffbilder gelten in vielen Branchen als Standard für die Dichtebestimmung. Jedoch ist ein Schliffbild immer nur eine Momentaufnahme und stellt nur einen Ausschnitt des Bauteils dar, was für die Homogenität des Bauteils und eventuelle Bauteilfehler kein Aussagekraft hat. Ein weiterer kritischer Punkt ist der zeitliche Aufwand, der mit der Schliffbilderstellung einhergeht.

Die Abfolge der einzelnen Teilschritte für die Schliffbildanalyse erstreckt sich häufig über mehrere Tage und ist für eine prozessoptimierte Fertigung ein zeitliches Risiko. Hohe Kosten entstehen hier sowohl durch Personalbindung als auch durch Prozesswartezeiten. 

Dimensionics Density basiert zwar auf dem archimedischen Prinzip, überwindet aber die Nachteile der typischen, auf dem archimedischen Prinzip basierenden Technologien zur Dichtebestimmung im Labor und entwickelt eine Lösung, die die Dichte wirklich misst.

Alternative Verfahren


Welche Verfahren existieren neben der automatisierten Dichtebestimmung durch die Density-Plattform?
Wir bieten eine kleine Übersicht und nennen die Vor- und Nachteile der jeweiligen Systeme.

Die Schliffbildanalyse ist ein Verfahren für die qualitative und quantitative Beschreibung des Gefüges von Werks toffen. Die Probe/ das Bauteil wird segmentiert und die Oberfläche der Schnittfläche durch mechanische und chemische Verfahren präpariert. Anschließend erfolgt eine mikroskopische
Analyse des Bauteils.


 

Vorteile:
- hochpräzises Verfahren
- Ergebnisse geben eindeutige Rückschlüsse auf Prozessfehler

Nachteile:
- hoher Aufwand in der Schliffbilderstellung (bindet Personal)
- daraus resultierende Wartezeiten
- für effezientes Prozesshandling nicht optimal

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In der Computertomographie (CT) wird der Probekörper mit Röntgenstrahlung belichtet. Die Dichte beeinflusst die Helligkeit des belichteten bildgebenden Sensors. Während der Transmission durch das Material wird Röntgenstrahlung absorbiert, diese Absorption ist bei höherer Dichte des Materials stärker. Trifft ein Röntgenstrahl während der Transmission durch das Material auf eine Pore, so wird die Energie aufgrund der geringeren Dichte innerhalb der Pore weniger absorbiert. Daher trifft die Strahlung mit einer höheren Energie auf den Detektor und erzeugt ein dunkleres Bild. Durch eine dreidimensionale Belichtungsstrategie ist es möglich die Form und Lage der Poren zu bestimmen.


 

Vorteile:
- präzise dreidimensionale Darstellung von Poren und Porenclustern im Bauteil
- Ausprägung, Häufung und Form von Poren kann analysiert werden


Nachteile:
- hoher initialer Invest
- Einsatz von geschultem Personal erforderlich
- Mikroporositäten aufgrund Auflösungsgrenze nicht mehr erkennbar
- Wartezeiten durch Nachbearbeitung von Rohdaten um Artefakte im Bild zu eliminieren.

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Die Dichtebestimmung nach Archimedes ist eines der gängigsten Verfahren in vielen Branchen. Hierfür werden Dichtekits, spezielle Laborwaagen mit einem passenden Messaufbau, verwendet. Die Probe wird anschließend an der Luft und in einer definierten Flüssigkeit gewogen. Aus der Differenz wird die Dichte des Bauteils bestimmt.


 

Vorteile:
- schnelles Analyseverfahren
- Archimedes laut Studien höchste Genauigkeit

Nachteile:
- starker menschlicher Einfluss (Fachkräfte benötigt)
- Messung nur im Labor (lange Laufwege)
- für hohe Stückzahlen ungeeignet

Dichtekit

Bei der optischen Dichtebestimmung wird das zu prüfende Objekt in seinen Maßen gänzlich erfasst und das Volumen bestimmt. Im Anschluss erfolgt die Wiegung für die Massenbestimmung und daraus resultierend die Dichtebestimmung des Bauteils.



Vorteile:

- schnelles Verfahren für die Dichtebestimmung
- für einfache und regelmäßige Geometrien sehr gut geeignet

Nachteile:
- abhängig von der Auflösung der Sensoren
- hohe Anschaffungskosten
- ungeeignet für die Analyse komplexer Geometrien

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