Leitfähigkeitsprüfung
Die Leitfähigkeitsprüfung ist eine Methode der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung insbesondere von Metallen.
Sinn und Zweck dieser Prüfmethodik besteht darin, Kristallstrukturstörungen und Verunreinigungen zu entdecken, die das Werkstück hinsichtlich ihrer gewünschten Eigenschaften (Härte, Elastizität, Leitfähigkeit) ungewünscht verändern können.
Prinzip
Zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit besteht bei Metallen ein nahezu linearer Zusammenhang (Wiedemann-Franzsches Gesetz). Die elektrische Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen Widerstandes. Damit kann die Prüfung der elektrischen und der thermischen Leitfähigkeit auf einer Widerstandsmessung aufbauen. Bei geringen Widerständen ist eine Vierleitermessung angebracht.
Durch Einschlüsse in einem Werkstück verändert sich die Leitfähigkeit, da die Elektronenbeweglichkeit durch Kristallstörungen und Korngrenzen sowie gelöste Fremdstoffe behindert wird.[1][2]
Bei nominell reinen Metallen reagiert die Leitfähigkeit sehr empfindlich auf den Reinheitsgrad. Beispielsweise kann bei Kupfer eine Beimengung von < 0,1 % eine Leitfähigkeitsverminderung von > 10 % hervorrufen.[3][4]
Anwendung
- Zum elementaren Chemieunterricht gehört die Vermittlung der Fähigkeit, Stoffe zu erkennen, indem sie sich durch spezifische Eigenschaften charakterisieren lassen. Zu den einfachen Untersuchungen von Eigenschaften gehört auch die Prüfung auf elektrische Leitfähigkeit.[5]
- Für Werkstoffe aus Kupfer, deren Hauptanforderung darin besteht, eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu besitzen („E-Kupfer“) unter Hintanstellung anderer Anforderungen wie mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, ist ein Mindestwert der Leitfähigkeit genormt.[6][7] In diesem Fall obliegt die Leitfähigkeitsprüfung dem Hersteller.
- In der Werkstoffprüfung kann durch eine Leitfähigkeitsmessung über vorhandene oder nicht vorhandene Einschlüsse (Verunreinigungen, Lunker) nach einer Kaltverformung oder dem Gießen eine gewisse Sicherheit erlangt werden.[8]
- Für die Prüfung elektrisch und thermisch leitender Schweißverbindungen der Elektro- und Feinwerktechnik ist die Widerstandsmessung an Schweißstellen von Bedeutung.[9]
Einzelnachweise
- ↑ Sebastian Meyer, Björn Wiese, Norbert Hort, Regine Willumeit-Römer: Characterization of the deformation state of magnesium by electrical resistance. In: Scripta Materialia. Band 215, 4. April 2022, S. 114712, doi:10.1016/j.scriptamat.2022.114712.
- ↑ Safa Kasap, Peter Capper: Springer handbook of electronic and photonic materials. 2nd edition Auflage. Cham, Switzerland 2017, ISBN 978-3-319-48933-9.
- ↑ Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler: Werkstoffe in der Elektrotechnik: Grundlagen - Struktur - Eigenschaften - ... . 8. Auflage. Hanser, 2018, Seite 140.
- ↑ Egon Döring: Werkstoffkunde der Elektrotechnik. 2. Auflage. Springer Vieweg, 1988, Seite 76 f.
- ↑ Hans Rudolf Christen: Chemieunterricht. Springer Basel, 1990, Seite 63.
- ↑ Wilfried Plaßmann, Detlef Schulz (Hrsg.): Handbuch Elektrotechnik. 7. Auflage. Springer Vieweg, 2016, Seite 214.
- ↑ Paul Guillery, Rudolf Hezel, Bernd Reppich: Werkstoffkunde für die Elektrotechnik: für Studenten der Elektrotechnik und der Werkstoffwissenschaften. 6. Auflage. Vieweg, 1983, Seite 72 ff.
- ↑ Günther Rau, Reinhold Ströbel: Die Metalle: Werkstoffkunde mit ihren chemischen und physikalischen Grundlagen. 19. Auflage. Verlag Neuer Merkur, München, 2004, Seite 57.
- ↑ Lutz Dorn, Helmut Grutzeck, Seifollah Jafari: Schweißen und Löten mit Festkörperlasern. Springer, 1992, Seite 192.
