Mithilfe des Thermo Scientific Axia ChemiSEMs erkannten Forscher umgeschmolzene NiCr-Perlen. – Bild: Thermo Fisher Scientific

Mithilfe des Thermo Scientific Axia ChemiSEMs erkannten Forscher umgeschmolzene NiCr-Perlen, die auf eine extreme Überhitzung des Heizelements hinweisen. – Bild: Thermo Fisher Scientific

Obwohl diese Geräte generell sicher sind, können sie bei Defekten Brände verursachen, die zu erheblichen Sach- und Personenschäden bis hin zum Tod führen können.

Um Produktdefekte zu vermeiden und letztlich die Entwicklung sichererer Geräte zu gewährleisten, müssen Forscher die zugrundeliegende Ursache für das technische Versagen der Heizelemente ermitteln. Im Rahmen dieser Analyse untersuchten Wissenschaftler das Heizelementeines Küchenherdes.

Bei Calrod-Heizern besteht eine elektrische Verbindung von einer Stromversorgung zu einem gewendelten Widerstandsdraht, der zwischen zwei elektrischen Anschlüssen, sogenannten „cold pins“ (kalte Kontakte), verkeilt ist. Bei diesen gewendelten Drähten handelt es sich typischerweise um NiCr- oder Kanthal-Legierungen mit einer Ummantelung aus Isoliermaterial aus Magnesiumoxidpulver, das höchsten Temperaturen standhält. Sowohl der gewendelte Draht als auch das Isoliermaterial sind in einem Rohr beziehungsweise einer Ummantelung aus eisenhaltigem Material wie zum Beispiel Stahl, Gusseisen oder Edelstahl beziehungsweise nicht eisenhaltigem Material wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Titan oder Quarz gekapselt.

Zur Ermittlung der Schadensursache defekter Heizelemente sammeln Forscher eine Vielzahl von Daten wie zum Beispiel Abmessungen, elektrische Messergebnisse und Materialeigenschaften. Im Rahmen dieser Analyse verwenden sie typischerweise eine Kombination aus Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS), um sowohl die Struktur als auch den Elementaufbau des defekten Gerätes – und damit den Defekt, der zum Ausfall führte – zu untersuchen.

REM und EDS können zur Ermittlung der Zusammensetzung des gewendelten Heizdrahtes, des Isoliermaterials und der Ummantelung eingesetzt werden, insbesondere, wenn vieles darauf hinweist, dass das gewendelte Heizelement einen Kurzschluss verursacht hat. Zu diesem Kurzschluss kann es kommen, wenn an der Ummantelung ein Lichtbogen mit hoher Temperatur entsteht, der die Zündquelle für den Brand bildet.

In der Vergangenheit war REM-EDS ein komplexer Arbeitsablauf, bei dem die Forscher zwischen zwei separaten Systemen hin- und herwechseln mussten. Sie mussten das traditionelle REM verwenden, um strukturelle Informationen zu gewinnen, und dann für die EDS Analyse auf einen anderen Computer, eine andere Software und Benutzeroberfläche wechseln. Dieser Prozess war nicht nur sehr umständlich, sondern dafür waren auch Benutzerschulungen in großem Umfang erforderlich. Außerdem sind die meisten auf dem Markt erhältlichen REMs nicht für große Proben ausgelegt und erfordern einen erheblichen Umfang an Probenvorbereitung.

Axia ChemSEM. – Bild: Thermo Fisher Scientific
Das Axia ChemSEM kann verwertbare Daten bis zu zweimal schneller liefern als die konventionelle REM-EDS-Methode. – Bild: Thermo Fisher Scientific

Mit dem Thermo Scientific Axia ChemiSEM werden diese Analysen durch die Kombination von REM und EDS in einer einzigen Plattform vereinfacht, ohne dass zwischen zwei Systemen gewechselt werden muss. Die EDS-Analyse ist ständig aktiv, so dass der Benutzer direkt vom REM-Bild sofort auf quantitative Elementdaten über den Heizkörper zugreifen kann. Bei Bedarf können die Forscher die Informationen der EDS-Analyse zuschalten. Außerdem ist es möglich, spezifische chemische Elemente ein- oder auszuschalten, so dass Bereiche des Heizers für weitere Untersuchungen isoliert werden können.

Das Axia ChemSEM kann verwertbare Daten bis zu zweimal schneller liefern als die konventionelle REM-EDS-Methode. Dabei werden die Ausrichtung und weitere Funktionen automatisiert, um die Komplexität des Arbeitsablaufs zu verringern und so den Forschern REM-EDS-Analysen mit minimalem Schulungsaufwand zu ermöglichen. Darüber hinaus ist das Gerät mit einer großen flexiblen Kammer ausgestattet, die problemlos große Probenkörper wie Heizelemente aufnehmen kann.

Durch den Einsatz des Axia ChemiSEMs können Forscher die Strukturen und die Elementzusammensetzung von Heizelementen auf Mikroebene schnell erkennen und so die Schadensursache dieser Heizer genau ermitteln. Die gewünschten Daten lassen sich auf diese Weise weitaus schneller gewinnen als mit der konventionellen REM-EDS-Analyse, so dass Defekte schnell behoben und zukünftige Vorrichtungen sicher gestaltet werden können.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Axia ChemiSEM Ihre REM-EDS-Analysen schnell und einfach gestalten kann, besuchen Sie unsere Website.

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