Partikelanalyse, Teil 3

Schnitt durch ein Partikel bestehend aus mehreren Schichten

Wie in den ersten Teilen der Serie dargelegt, ist der Umgang mit industriell hergestellten Partikeln problembehaftet. Die Eigenschaften der Partikel beeinflussen den Produktionsablauf sowie das Endprodukt, sie müssen überwacht und exakt bestimmt werden. Neben der bereits besprochenen Problematik des Klimaeinfluss und den mechanischen Eigenschaften spielt der innere Aufbau der Partikel eine gewichtige Rolle.

Obwohl bei vielen Analysen Partikel als homogen und kugelförmig angenommen werden, entspricht dies nur selten der Realität. Partikel sind meist irregulär geformt und enthalten häufig Hohlräume, welche ein Porensystem bilden. Bei manchen Produkten ist sogar eine komplexere innere Struktur bestehend aus mehreren Schalen, sogenannten Coatings, vorhanden.

In der Analyse von Partikeln finden am IMiP verschiedenste Methoden Anwendung. Optische Verfahren wie Laserbeugung, Mikroskopie und REM stoßen bei der Bestimmung der inneren Struktur der Partikel an ihre Grenzen, da diese Techniken ausschließlich Oberflächen erfassen können. Zwar können manche Partikel aufgeschnitten werden, um anschließend die Schnittfläche zu begutachten, doch beeinflusst diese Probenpräparation u.U. das Resultat der Messung. Nur die Tomographie liefert zerstörungsfrei und ohne Probenpräparation Einblicke in die innere Struktur der Partikel.

Bei der Röntgentomographie werden die Proben in unterschiedlichen Ansichten geröntgt und die Aufnahmen anschließend zu einem 3D Bild verrechnet. Dabei wird für jeden Punkt im Raum die Durchlässigkeit des Materials für Röntgenstrahlung bestimmt. Da unterschiedliche Materialien unterschiedlich auf die Strahlung reagieren, wird dadurch die innere Struktur der Probe sichtbar. Das vorhandene Gerät hat eine maximale Auflösung von 1,7µm und kann Proben mit bis zu 2cm Durchmesser erfass

Diese Technik wurde u.a. eingesetzt, um die Verteilung von Bindemittel in Partikeln zu bestimmen. Binder werden benutzt um, die Festigkeit von Partikel zu erhöhen. Ihre Wirksamkeit hängt stark von der Verteilung innerhalb des Partikels ab. Bei einer ungleichmäßigen Verteilung entfaltet sich nicht die volle Wirkung und die Partikel bleiben instabil. Im vorliegenden Fall war die Verteilung abhängig von der Produktionsmethode. Bei dem ungünstigeren Prozess bildeten sich instabile Partikel, da der Binder nur unzureichend verteilt wurde. Im besseren Prozess konnte der Binder trotz gleichem Mischungsverhältnis nicht mehr nachgewiesen werden. Die Auflösungsgrenze des Tomographen von 1,7 µm war unterschritten und der Binder dadurch unsichtbar für das System geworden. Die Aufnahmen lieferten somit die Begründung für die unterschiedlichen Partikeleigenschaften.

Weitere Informationen unter: www.imip.de 

Projektbearbeiter: 

Dipl.-Ing. (FH) Roman Kirsch

Dipl.-Inf. (FH) Laurent Gilson

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Bröckel