Glaslote als Klebstoff für hitzeresistente Ultraschallsensoren

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Fehlstellen wie Risse zum Beispiel in Dampfleitungen müssen schnellstens repariert werden. Herkömmliche Ultraschallsensoren spüren solche Fehlstellen auf, versagen allerdings ab Temperaturen höher 200 Grad Celsius. Forschern am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC ist es nun gelungen, Piezo-Sensoren für Hochtemperaturanwendungen zu realisieren. Die Herausforderung bestand darin, handelsübliche Piezokristalle so aufzubauen, dass sie einen Dauereinsatz an heißen Bauteilen als Schallwandler überstehen. Problematisch ist vor allem der Klebstoff, mit dem die Sensoren umhüllt und am Bauteil befestigt werden: Er verträgt zu hohe Temperaturen nicht. Die Forscher verwenden daher Glaslote als Klebstoff und Gehäusematerial. Nun müssen diese Gläser, die zur Gruppe der Klebstoffe gehören, nicht nur Hitze vertragen, sondern vor allem auch die Temperaturunterschiede zwischen der Raumtemperatur und der Betriebstemperatur von mehreren hundert Grad Celsius. Während sich der Stahl des Bauteils beim Erhitzen sehr stark ausdehnt, verändert der Kristall seine Ausmaße nur marginal. Das Glaslot, in das der Sensor gebettet wird, muss diese verschiedenen Ausdehnungen mitmachen und darf dabei nicht zerspringen. Die Forscher umhüllen den Sensor daher mit mehreren Schichten aus verschiedenen Glasloten, die exakt aufeinander sowie auf die Materialspezifika des Bauteils abgestimmt sind. Die entsprechenden Glaslote sowie die Prozess- und die Verarbeitungstechnik stammen ebenfalls aus dem Fraunhofer ISC.  Die Anwendungen für die Hochtemperatur-Ultraschallwandler sind zahlreich: Die Forscher können mit ihren Sensoren beispielsweise auch messen, wie viel einer heißen Flüssigkeit – etwa Öl – durch ein Rohr strömt. Außerdem lässt sich mit ihnen die Temperatur eines Gases oder einer Flüssigkeit berührungslos innerhalb weniger Millisekunden bestimmen.