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- 9 Komponentensicherheit (3)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (3)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (2)
Chapter 6: Case studies
(2023)
Mechanically stable structures with interconnected hierarchical porosity combine the benefits of both small
and large pores, such as high surface area, pore volume, and good mass transport capabilities. Hence, lightweight micro-/meso-/macroporous monoliths are prepared from ordered mesoporous silica COK-12 by means of spark plasma sintering (SPS, S-sintering) and compared to conventionally (C-) sintered monoliths. A multi-scale model is developed to fit the small angle X-ray scattering data and obtain information on the hexagonal lattice parameters, pore sizes from the macro to the micro range, as well as the dimensions of the silica population. For both sintering techniques, the overall mesoporosity, hexagonal pore ordering, and amorphous character are preserved. The monoliths' porosity (77–49%), mesopore size (6.2–5.2 nm), pore volume (0.50–0.22 g cm-3
), and specific surface area (451–180 m2 g-1) decrease with increasing processing temperature and pressure. While the difference in porosity is enhanced, the
structural parameters between the C-and S-sintered monoliths are largely converging at 900 C, except for the mesopore size and lattice parameter, whose dimensions are more extensively preserved in the
S-sintered monoliths, however, coming along with larger deviations from the theoretical lattice. Their higher mechanical properties (biaxial strength up to 49 MPa, 724 MPa HV 9.807 N) at comparable porosities and ability to withstand ultrasonic treatment and dead-end filtration up to 7 bar allow S-sintered monoliths to reach a high permeance (2634 L m-2 h-1 bar-1), permeability (1.25 x 10^-14 m2), and ability to reduce the chemical oxygen demand by 90% during filtration of a surfactant-stabilized oil in water emulsion, while indicating reasonable resistance towards fouling.
The wettability of the surfaces inside the microchannels of a microfluidic device is an important property considering a liquid flows through them. Contact angle measurements usually applied to test the wettability of surfaces cannot be used for an analysis of microchannel walls within microfluidic devices. A workaround is the use of surface analytical methods, which are able to reach points of interest in microchannels and may provide information on the surface chemistry established there. In calibrating these methods by using flat polymer wafers, where the contact angle can be measured as usual, data measured in real microchannels can be evaluated in terms of wetting properties. Reference wafers of bisphenol-A polycarbonate, a polymeric material that is often used in fluidic microdevice fabrication, were treated under different oxygen plasma conditions. The modified surfaces were characterized by using XPS, time of flight (ToF)-SIMS and atomic force microscope (AFM). Surface chemistry and surface topography have been correlated with contact angle measurements. In addition, effects of ageing or rinsing after plasma treatment have also been investigated.
Deflagrationsrohrsicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und eine weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen. Die Einbaubedingungen sind dabei von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherungen. Oft lassen sich aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren. So können beispielsweise Rohrleitungsverzweigungen zusätzliche Turbulenzen induzieren und dadurch zu erhöhten Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten und Explosionsdrücken und ggf. zum Versagen der Deflagrationsrohrsicherung führen. Neben den „klassischen“ Untersuchungsmethoden dieser Belastungssituationen von Deflagrationsrohrsicherungen, wie die Erfassung des Explosionsdruckes und der Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten, werden in diesem Beitrag die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbändern erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte.
Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert