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SINTERN HOCHPORÖSER KÖRPER AUS MIKROMETERPARTIKELN

Sintern ist ein diffusiver Materialtransport in porösen Materialien, der von der Neigung zur Verringerung der Oberflächenenergie angetrieben wird und die Oberfläche des porösen Körpers verkleinert. Sintern wird von hohen Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur und von langen Heizdauern begünstigt. Es gibt eine Vielzahl von Arten des Sinterns, wobei die "Halsbildung" einen charakteristischer Beginn vieler Arten des Veränderungsprozesses zwischen anhaftenden Partikeln darstellt. In makroskopischer Hinsicht verändert Sintern beispielsweise die Festigkeit, das Stoßverhalten, die Lichtstreueigenschaften, die Porosität und die Wärmeleitfähigkeit des porösen Körpers. Während für gewerblichen Anwendungen das Sintern kompakter Körper interessant ist und bereits intensiv untersucht wurde, sind hochporöse Aggregate aus Mikrometerpartikeln charakteristisch für das frühe Sonnensystem, denn sie stellen eine Zwischenstufe bei der Bildung von Planeten aus Staub dar. Ferner rechtfertigen viele Umstände die Annahme zumindest zeitweise hoher Temperaturen im frühen Sonnensystem, wie etwa die Kondensation von Staub aus der Gasphase, Ausbrüche der entstehenden Sonne durch stoßartig freiwerdende Akkretionswärme, Heizung durch radioaktive Elemente oder manch andere Heizmechanismen, die im Zusammenhang mit der Erschmelzung meteoritischer Chondren erwogen werden (Link zu Chondrenentstehung). Sinterexperimente an hochporösen sind somit wichtig zum Verständnis der Entwicklung der Materie im frühen Sonnensystem. Deshalb wurden zunächst mit einem einzigartigen Verfahren extrem poröse Proben (95% Hohlraum) aus kugelförmigen Siliziumdioxidkugeln mit 1,5 Mikrometer Durchmesser hergestellt. Anschließend wurden die Proben bei verschiedenen Temperaturen (1300 bis 1700 K) und Heizdauern (1 bis 27 Stunden) in einem Ofen geheizt. Die Proben wurden unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht, um ihre mikroskopischen Veränderungen zu analysieren. Verschiedene Arten des Sinterns wurden so verschiedenen Temperaturbereichen zugeordnet, sowie Materialkonstanten wurden bestimmt, mit denen der Prozeß, mit dem das Sintern einsetzte (Oberflächendiffusion), als Temperatur- und Zeitfunktion beschreibbar ist.

 

Hochporöse Partikelschicht vor (oben) und nach (unten) dem Heizen im Ofen

Literatur:

Poppe, T., 2003, Sintering of Highly Porous Silica-Particle Samples: Analogues of Early Solar-System Aggregates, Icarus 164, 139-148

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Created by: D. Langkowski, 23.03.2001
Last modified: 29.07.2005