Versuchsanlage Ulbricht-Kugeln

Meßeinrichtung zur synchronen Bestimmung der Reflexion und Transmission von Keramiken

(Ulbricht-Kugeln)

Das Laserfügen von Keramiken, charakterisiert durch kurze Prozesszeiten, kann aufgrund einer definierten und gezielten Erwärmung bis zu höheren Temperaturen (T > 1000°C) der Fügepartner und beim Vorhandensein eines geeigneten Lotes zu festen und dichten Verbindungen führen. Die Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und der Keramik wird im hohen Maß durch die optischen Eigenschaften (Reflexion, Transmission und Absorption) der zu fügenden Keramikwerkstoffe beeinflusst. Weiterhin sind diese optischen Eigenschaften sowohl vom Gefüge (Korngröße, Korngrenzen, Anteil kristalliner Phasen und ggf. Poren) als auch von der Oberflächenbeschaffenheit und der Dicke der untersuchten Materialien abhängig.

Mit der vorhandenen Messvorrichtung (doppelte Ulbricht-Kugeln) wurde die Möglichkeit geschaffen, gleichzeitig die Reflexion und Transmission von speziell angefertigten Keramiktabletten verschiedener Höhen zu bestimmen und Aussagen über die Absorption der Keramik bei den untersuchten Wellenlängen zu treffen. Es ist besonders wichtig, diese Charakteristika bei den Wellenlängen zu ermitteln, die auch im Laserfügeprozess zur Anwendung kommen. Davon ausgehend, ist die o.g. Meßeinrichtung mit Laserdioden ausgestattet, die bei Wellenlängen von 808nm bzw. 940nm arbeiten. Die Innenbeschichtung der Kugel besteht aus BaSO4, ein gut diffus reflektierendes Material. Durch die Platzierung von Sensoren an definierten Positionen kann in der oberen Kugel sowohl der Anteil gerichteter Reflexion als auch der Anteil diffuser Reflexion gemessen werden. Da die beiden Kugeln nur durch eine kleine Öffnung in der Kontaktebene untereinander kommunizieren können, worauf die Probe während der Messung aufgelegt wird, wird die Voraussetzung erfüllt, in der unteren Kugel die Transmission (gerichtet und diffus) zu ermitteln.

Die schematische Darstellung der Messvorrichtung kann wie folgt dargestellt werden: