Lichtbeheiztes Mikroskop

Abstract: Es wurde eine Einrichtung zur optischen Beheizung von metallischen Proben auf eine maximale Temperatur von 1500°C entwickelt, die gleichzeitig eine Beobachtung mit einem Lichtmikroskop und damit eine genaue Bestimmung des Schmelzpunktes der Proben ermöglicht.  

Keywords: Lichtheizung, Schmelzpunktbestimmung, Mikroskop    

Aufgabenstellung: Die Aufgabe bestand darin eine Einrichtung zu entwickeln, mit der es möglich ist Legierungsmetalle in einem keramischen Tiegel mit einer Größe von ca. 5 mm Durchmesser berührungslos in kurzer Zeit bis zu einer maximalen Temperatur von ca. 1500°C zu erhitzen bzw. zu schmelzen. Dabei soll mit einem optischen Instrument (Vergrößerung maximal 20x) der Schmelzvorgang innerhalb des Tiegels beobachtet werden können. Dadurch sollte es möglich werden den genauen Schmelzpunkt des Materials zu bestimmen. Der Aufheizvorgang soll zum einen ausreichend schnell erfolgen (erfordert eine hohe Energiedichte am Ort des Schmelzgutes) zum anderen genau in seiner Temperaturrampe geregelt werden können. Ideal dafür ist ein schnell reagierendes Heizsystem wie eine induktive oder optische Quelle. Es sollen beliebige metallische Proben mit unterschiedlichen Schmelzpunkten verwendet werden können. Es ist notwendig die Energiequelle – und damit die Aufheizung beim Erreichen des Schmelzpunkts schnell abschalten zu können.  

Lösungsbeschreibung: Um die Bedingung der unterschiedlichen Probenmaterialien sowie die Regelung der Aufheizung und der kontaktlosen Heizung erfüllen zu können haben wir uns für eine optische Heizung entschieden. Hierbei wurden drei handelsübliche Halogenlampen mit jeweils einem Infrarot Reflektor (um eine Nutzung des Infrarotanteils im Spektrum im Gegensatz zum sichtbaren Anteil in herkömmlichen Halogenlampen) konzentrisch um den Heizraum angeordnet. Der gewählte Aufbau bündelt die optische Energie im Brennpunkt. Die Lampen sind einzeln durch einem Luftstrom zwangsgekühlt um die Reflektoren zu schützen, der gesamte Aufbau ist in einer Stahlkonstruktion untergebracht die ihrerseits durch einen Kühlwasserdurchfluss zwangsgekühlt ist. Es können Temperaturen im Brennpunkt von ca. 1500°C innerhalt weniger Minuten erreicht werden. Die Leistung wird durch eine Gleichstromquelle aufgebracht und beträgt maximal 450W. Die Regelung erfolgt entweder über einen PC oder einen separaten Temperaturregler. Die gesamte Apparatur ist in einem Ständeraufbau untergebracht an dessen oberen Ende eine Mikroskopkamera montiert ist. Der Abstand zur Mikroskoplinse beträgt bis zu 300mm und ist damit außerhalb des gefährdenden Temperaturbereiches. Das Bild wird auf einem Computermonitor übertragen und beinhaltet einen optischen Zoom von maximal 60-fach.