Elektrische Charakterisierung

Thema

Elektrisch leitfähige keramische Werkstoffe können zu innovativen Lösungen für elektrische Aufgaben unter Hochtemperatur- oder/ und chemisch aggressiven Bedingungen beitragen. Dazu sind Detailkenntnisse zur Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands, der Ladungsträgerkonzentration oder des Seebeck-Koeffizienten Voraussetzung. Die genaue Messung dieser Parameter ist werkstoffbedingt schwieriger auszuführen als bei metallischen Werkstoffen und erfordert ein spezifisches Geräte- und Methoden-Know-how. Neben der elektrischen Charakterisierung metallischer und keramischer Werkstoffe können zusätzlich thermoelektrische Module und Heizleiter getestet werden, wozu anwendungsorientierte Messstände zur Verfügung stehen:

Temperaturabhängige Widerstandsmessung mittels 4-Punkt-Methode.

Messung des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands
 

Die temperaturabhängige Messung des elektrischen Widerstands unter definierter Atmosphäre eines Rohrofens bietet zusätzlich zur Beschreibung der elektrischen Leitungsvorgänge die Möglichkeit, Vorgänge wie Oxidation, Phasenumwandlungen und Rissbildung mit hoher Genauigkeit und Sensibilität indirekt zu identifizieren und zu quantifizieren. Der Messaufbau gewährleistet die Kompensation von thermischen Mess- und Kontaktierungseinflüssen.

 

Technische Möglichkeiten

 

  • Präzise Bestimmung des elektrischen Widerstands von 10-4 bis 106 Ohm
  • Verschiedene Messanordnungen (4-Punkt- oder 2-Punkt-Methode)
  • Messung unter Argon-, Stickstoff-, wasserstoffhaltigen Inertgasen oder Luftatmosphäre
  • Temperaturen von -170 bis 1000 °C
Aufbau zur kombinierten Hochtemperaturmessung von Seebeck-Koeffizient, spez. elektr. Widerstand und Hall-Konstante.

Temperaturabhängige, kombinierte Hall-, Seebeck- und Widerstandsmessung

 

Die elektrischen und thermoelektrischen Eigenschaften werden maßgeblich von den Ladungsträgern bestimmt. Die Messung von elektrischer Leitfähigkeit und dem Hall-Koeffizienten bietet die Möglichkeit, die Anzahl und Beweglichkeit der freien Ladungsträger zu berechnen und deren Art zu identifizieren. Der Seebeck-Koeffizient ist eine wichtige Größe zur Bewertung der thermoelektrischen Effizienz eines Werkstoffs und steht in physikalischer Beziehung zur Ladungsträgerkonzentration. Um Probeneinflüsse auszuschließen, ist es vorteilhaft beide Messmethoden an einer Probe auszuführen. Insbesondere bei inhomogenen Werkstoffen können nur so fehlerfreie Eigenschaftsberechnungen vorgenommen werden.

 

Technische Möglichkeiten

 

  • Messung der Seebeckspannung > 20 µV/K
  • Messung der Hallspannung und Ermittlung von Ladungsträgerkonzentration und -art
  • Bestimmung des elektrischen Widerstands 10-4 bis 106 Ohm
  • Messung unter Argon- oder Stickstoffatmosphäre
  • Temperaturen von Raumtemperatur bis 500 °C
Messstand zu Charakterisierung thermoelektrischer Module.

Charakterisierung thermoelektrischer Module

 

Thermoelektrische Module sind die Kernkomponente von thermoelektrischen Generatoren. Ein Temperaturgradient zwischen beiden Seiten eines Moduls führt zur Erzeugung einer elektrischen Spannung am Modul. Am Messstand kann die Temperatur an der Warm- und Kaltseite definiert eingestellt werden. Die Messung der Leerlaufspannung und einer lastabhängigen I-U-Kennlinie mit variablen Temperaturen an Warm- und Kaltseite kann über lange Zeiträume mit zyklisch wechselnden thermischen Situationen aufgenommen werden. Damit können anwendungsähnliche Konstellationen nachgebildet und Module mit breiter geometrischer Variabilität unter solchen Bedingungen untersucht werden.

 

Technische Möglichkeiten

 

  • Temperaturen von Raumtemperatur bis 600 °C
  • Temperaturdifferenzen bis 500 K
  • Messung unter Sickstoffatmosphäre
  • Programmierte Messungen von Langzeit- und Zyklenstabilität
Heizleiterprüfstand bis 1600 °C.

Heizleiterprüfstand

 

Elektrische Heizelemente werden in zahlreichen, industriellen Prozessen genutzt. Neben metallischen Heizleitern spielen elektrisch leitfähige Keramiken in diesem Bereich eine wichtige Rolle. Insbesondere im Hochtemperaturbereich in korrosiven und chemisch reaktiaktiven Atmosphären bieten keramische Werkstoffe viele Vorteile. Im Heizleiterprüfstand können Werkstoffe oder Heizelemente hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens mit wechselnden Spannungen, Temperaturen, Aufheiz- und Abkühlszenarien untersucht werden. Die Erfassung von elektrischen Parametern, Leistungsaufnahme, Heizelementtemperatur und zeitabhängigen Veränderungen dieser Parameter erfolgt computergestützt.

 

Technische Möglichkeiten

 

  • Spannungen bis 400V AC
  • Ströme bis 600A AC
  • Messung unter Luft, Sickstoff oder Argon
  • Temperatur-Zeit-Programme bis max. 1600 °C