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Löcher wiegen

Dank Vakuum lässt sich Porosität präzise bestimmen

Einige Materialien sollen Gase oder Flüssigkeiten in begrenztem Maß durchlassen. Andere dürfen auf keinen Fall porös sein. Vakuum hilft dabei, den Grad der Porosität zu bestimmen. Für die Testverfahren bietet BUSCH passende Vakuumpumpen an.

Keramische Filter, wie sie zum Beispiel in der chemischen Industrie verwendet werden, müssen eine genau definierte Durchlässigkeit besitzen. Deren Ausmaß hängt von Größe und Menge der Poren im Material ab. Das gewünschte Porenvolumen bildet sich beim Sintern und Brennen. Ähnliches gilt für die Schamottsteine, mit denen Kamine und Pizzaöfen ausgekleidet sind. Die optimale Porosität liegt hier bei etwa 20 Prozent des Volumens.

Wasserstoff im Motorblock?

Weniger erwünscht sind Poren dagegen bei Beton, Fliesen oder Natursteinen, besonders im Außenbereich. Die kleinen Öffnungen lassen Wasser eindringen, das bei Frost gefriert und so den Baustoff sprengen kann. In Motorblöcken aus Aluminiumdruckguss können ebenfalls Risse entstehen, wenn das Material zu porös ist.

In diesem Fall liegt es am Wasserstoff: Das Gas löst sich sehr leicht in flüssigem Aluminium und bildet beim Erkalten Hohlräume im Material. Dieser Effekt lässt sich beim Gießen durch den Einsatz von Vakuum verhindern oder minimieren.

Gaseinschlüsse genau bestimmen

Für die Qualitätssicherung ist es wichtig, die Porosität des Materials genau zu bestimmen. Beim Aludruckguss wird dafür eine Probe der flüssigen Schmelze in eine kleine Vakuumkammer gegeben, in der sie erkaltet. Im Vakuum blähen sich Gaseinschlüsse auf etwa das Zehnfache auf und sind oft bereits in einem Schnittbild gut zu erkennen. Durch Wiegen in Luft und Wasser lassen sich Dichte und Porosität genau bestimmen.

Bei keramischen Materialien und Baustoffen werden die Probeblöcke ebenfalls einem Vakuum ausgesetzt, das die Luft aus den offenen Poren saugt. Anschließend lässt man Wasser in die Poren eindringen: Der Gewichtsunterschied zeigt den Grad der Porosität an. Für die Prüfvorrichtungen genügen kleine Vakuumkammern. BUSCH bietet eine breite Palette von kleinvolumigen Vakuumpumpen an, die für die verschiedenen Anforderungen jeweils optimal geeignet sind.
Wie gelangt Wasserstoff ins Metall?

In manchen Metallen löst sich Wasserstoff wie Zucker im Tee. Der Grad der Löslichkeit hängt von der Temperatur ab. 100 Gramm flüssiges Aluminium bei Gießtemperatur nimmt zum Beispiel ein Kubikzentimeter Wasserstoff auf. Beim kalten Metall sind es nur noch 0,05 Kubikzentimeter, also ein Zwanzigstel.

Wenn Wasserstoff in eine Metallschmelze gerät, stammt er in der Regel aus der Luftfeuchtigkeit. Die Schmelzhitze sorgt dafür, dass sich die in der Luft enthaltenen Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Die freigesetzten Wasserstoffatome werden vom flüssigen Metall aufgenommen. Nachdem es beim Abkühlen seine Wasserstofflöslichkeit zum großen Teil wieder verloren hat, verwandelt sich der gelöste Wasserstoff wieder zu Gas.

Bei Aluminium machen 95 Prozent des gelösten Stoffes diese Umwandlung durch und verursachen Gaseinschlüsse. Bei Belastung des Materials können die Wasserstoffatome im Material zu wandern beginnen. Treffen sie aufeinander, vereinigen sie sich zu Molekülen (2 H zu H2). Dabei wächst ihr Volumen sprunghaft um den Faktor tausend an! Im Metall entstehen Spannungen, und es können sich sogenannte Wasserstoffrisse bilden. Um die Luftfeuchtigkeit von Gussprozessen fernzuhalten, werden sie häufig unter Schutzgasatmosphäre oder Vakuum durchgeführt.