Hochaufgelöste Spektroskopie von Gläsern, Glasschmelzen und keramischen Werkstoffen mittels laserinduzierter Plasmen zur Untersuchung von Korrosions- und Verdampfungsvorgängen bei der Glasherstellung

Feuerfeste Auskleidungen des Verbrennungsraumes von Glasschmelzaggregaten sind durch thermische und chemische Beanspruchung zum Teil erheblicher Korrosion ausgesetzt.

In diesem Forschungsvorhaben wurde die Messmethode der Laser Induzierten Breakdown Spektroskopie LIBS für die Untersuchung von glasartigen und keramischen Werkstoffen unter anderem zur Beurteilung der Korrosionsvorgänge bei der Glasherstellung eingeführt und getestet. Diese Messmethode soll die chemischen Vorgänge in-situ während der Wannenreise erfassen, um eine aussagefähige Steuer- und Regelgröße für die Beschreibung der Vorgänge in den Glasschmelzaggregaten zu geben. Diesen Anforderungen kann LIBS aufgrund des weitestgehend umgebungsunabhängigen Messverfahrens, welches nur einen optischen Zugang zum Messpunkt benötigt und innerhalb von Sekunden die chemische Analyse von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen liefert, gerecht werden. Bei Untersuchungen im Labor wurden die in den Glasschmelzaggregaten verwendeten gängigen Feuerfestmaterialien wie Mullit-, Magnesia-Zirkon-Steine und verschiedene AZS-Materialien eingesetzt. Dabei wurden mit der eingeführten Messmethode EDX vergleichende Messungen mit LIBS durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Messergebnisse mit LIBS nach erfolgreicher Kalibrierung mit den eingeführten Messmethoden verglichen werden können. Eine befriedigende Kalibirierung der LIBS konnte mit den bisher zur Verfügung stehenden Auswerteverfahren nur selten erreicht werden. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine neue Vorgehensweise entwickelt, um glasartige und keramische Materialien genauer untersuchen zu können. Um Messungen im Glasschmelzaggregat durchführen zu können, wurde in diesem Forschungsvorhaben eine erweiterte Optik für Messungen im Abstand zwischen 2,5 - 12 m als Eigenbau designt und den Bedingungen der Glasschmelzanlagen angepasst. Nach anfänglichen Schwierigkeiten beim Bau der fokussierbaren Optik musste nach ersten Messungen festgestellt werden, dass die eingesetzten Beschichtungen der Linsen im optischen Systemden Anforderungen nicht standhielten. Um eine Schädigung des Lasers durch reflektierte Strahlung zu vermeiden, wurde die gesamte Optik nochmals neu angepasst. Messungen an Glasschmelzaggregaten zeigten, dass durch Streuung an Stäuben,Absorptionsvorgängen und emittierter Wärmestrahlung aus den Verbrennungsräumen einer Schmelzwanne die Plasmastrahlung verändert wird. Es wurde eine Messvorschrift für Messungen mit LIBS an verschiedenen Feuerfestmaterialien erarbeitet. Der Vorschlag zum Design einer Messsonde zur on-line und in-situ-Messung für automatisierte Messungen wurde erbracht.