In thermischen Lichtbogenprozessen laufen Dissoziations- und Ionisationsvorgänge ab, welche prozessbestimmend sind. Die Quantität der reaktiven Spezies im Bereich des Lichtbogens ist daher ein entscheidendes Kriterium zur Beurteilung der Ursachen von Eigenschaftsänderungen im Werkstoff. Um eine XHV-adäquate Atmosphäre in der Prozesszone zu erzeugen, werden Gasadditive, wie z. B. Silan (SiH4) im Lichtbogen genutzt. So kann in der Wirkzone ein Sauerstoffpartialdruck von weniger als 10-15 bar durch die Reaktion des Silans mit dem Sauerstoff erreicht werden. Die Reaktionen im Lichtbogen und der Verbleib des Wasserstoffs können mit optischer Emissionsspektroskopie nachgewiesen werden. Diese Methode ermöglicht eine quantitative Messung der im Lichtbogen vorhandenen chemischen Elemente.
Im Rahmen des SFBs ist nun ein neues Spektralkamerasystem im Einsatz, das für die Spektralanalyse im Bereich des sichtbaren Lichtes sowie des Infrarot-Spektrums im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 1200 nm geeignet ist. Die Spektralanalyse ermöglicht während des Lichtbogenprozesses für chemische Elemente charakteristische Emissionslinien zu identifizieren und zu quantifizieren. Über die Verknüpfung dieser Technologie mit dem Lichtbogenprozess, soll die Einwirkung des Gasadditives (SiH4) auf die Lichtbogenzusammensetzung untersucht werden, um grundlegende Erkenntnisse zur Herstellung der XHV-adäquaten Wirkzone beim thermischen Plasmaprozess zu erarbeiten. Sauerstoff- und Wasserstoffgehalt werden dabei quantitativ ausgewertet. Darüber hinaus werden die entstehenden Siliciumoxide, deren Dämpfe, sowie der Metalldampf des Werkstoffs im Plasma untersucht.
Das Gerät ermöglicht zudem Messungen und Berechnungen der Temperaturfelder im Plasma, damit die stattfindenden Reaktionen auch energetisch betrachtet werden können. Aufgrund der Partikelgröße der sich durch Oxidation bildenden Partikel, welche im nanoskaligen Bereich liegen, sind metallographische Untersuchungen nur schlecht geeignet, um Aussagen zu Partikelrückständen auf der Schweiß- und Lötnahtoberfläche oder im Schweißgut zu treffen. Die direkte Beobachtung des Prozesses über die Spektralanalyse ermöglicht einen direkten Nachweis der XHV-adäquaten Atmosphäre im thermischen Plasma.
Das Emissionsspektrometer wird im Rahmen des Teilprojektes B05 genutzt.
