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Flammen-Atomabsorptionsspektroskopie

Technische Keramik – Ein starker Werkstoff für die Analytik

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Keramische Prallkugel entscheidend für Analyse

Im Prallkugelzerstäuber von Pro Liquid ist die ideale Kombination aus Kanüle, Düse und Prallkugel entscheidend hinsichtlich des Einflusses auf die analytische Stabilität. Die Benennung des Zerstäubers nach Venturi spiegelt sich parallel in der Funktionsweise des Produktes wieder. Durchströmt ein Medium das Rohr an der eingearbeiteten Einschnürung, steigt dessen Geschwindigkeit. Zeitgleich sinkt der Druck an der angebrachten Abnahmestelle, sodass der entstandene Differenzdruck (Unterdruck) im Venturi-Zerstäuber zum Absaugen der Flüssigkeit genutzt wird. Diese Funktion übernimmt die am Düsenende eingebaute Kanüle. Der Strahl, den sie generiert, kann jedoch – aufgrund seiner Beschaffenheit – nicht für die Probe genutzt werden. Dies geschieht erst durch das Einsetzen der keramischen Prallkugel. Die Prallkugel fächert den Strahl mittels des Aufpralldralls von etwa 2,4 bar so auf, dass er in feine Tropfen aufgerissen wird. Das daraus entstehende Aerosol ist anschließend die Basis der Analyse. In diesem Funktionsprinzip ist die keramische Prallkugel von Sembach als letzte Instanz ausschlaggebend für ein anwendbares analytisches Aerosol.

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Das Material Aluminiumoxid, aus dem die von Sembach entwickelte Prallkugel geformt wird, gehört zur Gruppe der Oxidkeramik und stellt gleichzeitig den wichtigsten Werkstoff in dieser Gruppe dar. Eigenschaften wie Temperaturstabilität, hohe Festigkeit, Härte, ebenso wie Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen, prädestinieren Aluminiumoxid als Basis für viele Anwendungen. Auch im Falle der Prallkugel sei Aluminiumoxid – im Allgemeineren die Keramik – der optimale Werkstoff, so Uwe Günther, und wird seit Jahren dafür eingesetzt. Andere Materialien seien für den Einsatz getestet worden, erbrachten jedoch nicht die nötige Leistung. Besonders steche die chemische Resistenz Technischer Keramik von Sembach als entscheidende Eigenschaft im Einsatz für die Prallkugelzerstäuber heraus.

Die Herstellungsmethode: Keramischer Spritzguss

So zahlreich wie die Anwendungsgebiete Technischer Keramik sind, so wichtig ist es auch, für jedes Produkt das optimale Herstellungsverfahren zu ermöglichen. Das Familienunternehmen um Geschäftsführer Martin Sembach bietet seinen Kunden und Partnern drei Formgebungsmöglichkeiten für die keramischen Komponenten: Trockenpressen, Extrusion und keramischen Spritzguss. Letztere kommt in der Prallkugel-Fertigung für Pro Liquid zum Einsatz. Mit dem keramischen Spritzguss (ceramic injection moulding oder CIM) sind die meisten Optionen und Freiheiten in der Formgebung möglich. Anspruchsvolle Geometrien wie dünne Wandstärken und kleinste Bohrungen werden durch das CIM endformgerecht umgesetzt. So ist die Prallkugel, mit einem Durchmesser von nur 6,5 mm, in einem Ring mittels zwei Stegen verbunden. Diese Konstruktion macht das keramische Element gut integrierbar. Aufgrund der angebrachten Kugelträger bleibt der Aerosolbildungsbereich nahezu störungsfrei. Durch Formen der Arbeitsmasse (Feedstock), die durch Zugabe ausgeklügelter organischer Bindersysteme hergestellt wird, entsteht die Prallkugel. Für die ausreichende Fließfähigkeit des später in der Spritzgussmaschine erhitzten Feedstocks sind die chemischen Komponenten des Bindersystems verantwortlich. Nur so kann das Material unter hohem Druck in eine oder Mehrfachkavitäten eingespritzt werden und wiederum für die weitere Verarbeitung außerhalb der Maschine erneut erstarren. Danach werden die Restbinder thermisch vollständig entbindet und der gebildete Grünling kommt in den Sinterprozess. Abschließende Qualitätstests machen die Fertigung der Prallkugel mit dem keramischen Spritzgussverfahren komplett.

* T. Suárez Martin: Sembach GmbH & Co. KG, 91207 Lauf an der Pegnitz

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