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Was ist ein Durchflussmessgerät?

Ein Durchflussmessgerät ist ein Gerät zur Messung des Volumen- oder Massendurchflusses einer Flüssigkeit durch ein Rohr oder ähnliches.

Es wurde eine Reihe von Messprinzipien entwickelt, um verschiedene Arten von Durchfluss zu messen, abhängig von Bedingungen wie Druck und Temperatur. Zu den Durchflussarten gehören Gas-, Flüssigkeits- und Mehrphasenströmungen.

Einige Produkte können zur Durchflussmessung außerhalb des Rohrs installiert werden. Viele Produkte werden jedoch innerhalb der Rohrleitung installiert, um den Durchfluss zu messen, so dass die Installation von Durchflussmessgeräten vor der Installation der Rohrleitung oder während der Planung in Betracht gezogen werden sollte.

Anwendungen von Durchflussmessgeräten

Durchflussmessgeräte werden überall dort eingesetzt, wo Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. in Chemie- und Erdölanlagen, in der Automobil-, Halbleiter-, Pharma- und Lebensmittelindustrie.

Es wurden mehr als zehn verschiedene Funktionsprinzipien von Durchflussmessgeräten entwickelt, und die geeigneten Durchflussmessgeräte müssen je nach der zu fördernden Flüssigkeit ausgewählt werden.

Durchflussmessgeräte, die in einer Rohrleitung installiert sind, können den Durchfluss stören. Die Auswahl sollte auf einer Abwägung des Ausmaßes dieser Beeinträchtigung beruhen. Auch die Häufigkeit, der Zeitaufwand und die Kosten der Wartung müssen berücksichtigt werden.

Arten von Durchflussmessgeräten

Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von Durchflussmessgeräten und ihre jeweiligen Mechanismen, Prinzipien und Vorteile kurz vorgestellt:

• Volumetrische Durchflussmessgeräte
• Coriolis-Durchflussmessgeräte
• Ultraschall-Durchflussmessgeräte
• Elektromagnetische Durchflussmessgeräte
• Thermische Durchflussmessgeräte
• Flächen-Durchflussmessgeräte
• Turbinen-Durchflussmessgeräte
• Differentialdruck-Durchflussmessgeräte
• Karman-Wirbel Durchflussmessgeräte
• Vortex-Durchflussmessgeräte
• Durchflusszellen-Durchflussmessgeräte

1. Volumetrische Durchflussmessgeräte

Ein Durchflussmessgerät mit positiver Verdrängung besteht aus einem Rohr mit dem gleichen Innendurchmesser wie die zu messende Rohrleitung, einem Rotor und einem Rotationsdetektor. Der Rotor wird von der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit in Rotation versetzt, und die Durchflussmenge wird durch Erfassen der Anzahl der Umdrehungen gemessen.

Obwohl die Konstruktion einfach und sehr genau ist, kann die Verwendung von Zahnrädern zu Problemen wie dem Ineinandergreifen führen.

Da es das Volumen der Flüssigkeit direkt misst, wird es zur Messung der Durchflussmenge von Heiz- und Schmieröl verwendet, dessen Dichte sich nicht so leicht ändert. Die hohe Genauigkeit der Durchflussmessgeräte macht sie für Anwendungen wie den Heizölhandel geeignet.

2. Coriolis-Durchflussmessgeräte

Die Coriolis Durchflussmessgeräte bestehen aus zwei U-Rohren, einer Schwingungsmaschine und einem Kraftsensor. Durchflussmessgeräte nutzen das Prinzip der Coriolis-Kraft, das besagt, dass zwei schwingende U-Rohre, die von einer Flüssigkeit durchströmt werden, Kräfte in entgegengesetzter Richtung zueinander erzeugen.

Obwohl Coriolis-Durchflussmessgeräte aufgrund ihres Messprinzips den Nachteil einer größeren Gesamtlänge haben, sind sie in der Lage, Massendurchflüsse direkt zu messen. Sie sind sehr genau und reaktionsschnell und werden häufig verwendet, wenn beispielsweise gleichzeitig die Dichte einer Flüssigkeit gemessen werden soll.

Auf der anderen Seite ist sie effektiver als andere und kann keine Durchflussmengen in Bereichen mit Vibrationen oder blasenhaltigen Flüssigkeiten messen.

3. Ultraschall-Durchflussmessgeräte

Ein Ultraschall-Durchflussmessgerät besteht aus einem Ultraschallgenerator und einem Messgerät. Der Durchfluss wird durch Messung der Laufzeit der Ultraschallwellen und des durch die Reflexion der Ultraschallwellen verursachten Dopplereffekts berechnet. Diese Durchflussmessgeräte, können von außerhalb des Rohres messen.

Es hat den Vorteil der berührungslosen Durchflussmessung. Durchflussmessgeräte können nachträglich in die Rohrleitung eingebaut werden, was den Vorteil hat, dass sie mit geringem Aufwand in Rohrleitungen mit großem Durchmesser installiert werden können.

Es ist jedoch nicht für Anwendungen geeignet, bei denen eine hochgenaue Durchflussmessung erforderlich ist, da die Wandstärke der Rohrleitung Fehler verursacht.

4. Elektromagnetische Durchflussmessgeräte

Elektromagnetische Durchflussmessgeräte sind Durchflussmessgeräte, die den Durchfluss berechnen, indem sie die elektromotorische Kraft messen, die von der Spule, die eine Komponente des elektromagnetischen Durchflussmessgeräts ist, auf die Geschwindigkeit eines magnetischen Materials, das sich im Inneren der zu messenden Flüssigkeit befindet, erzeugt wird.

Viele von ihnen müssen nicht in der Rohrleitung installiert werden und werden eingesetzt, wenn in der Rohrleitung installierte Durchflussmessgeräte, z. B. für verunreinigtes Wasser, Wartungskosten verursachen würden.

Elektromagnetische Durchflussmessgeräte haben keine beweglichen Teile und behindern den Flüssigkeitsstrom nicht, so dass sie zur Messung der Durchflussmenge von mit Feststoffen vermischten Schlämmen eingesetzt werden. Allerdings können sie keine nicht leitfähigen Flüssigkeiten wie Öl messen.

5. Thermische Durchflussmessgeräte

Thermische Durchflussmessgeräte bestehen aus zwei Temperatursensoren und einer Heizung. Die Differenz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit vor der Erwärmung durch das Heizgerät und der Temperatur der Flüssigkeit nach der Erwärmung durch das Heizgerät wird gemessen und in eine Durchflussmenge umgewandelt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es einen großen Temperaturbereich abdecken kann.

Thermische Durchflussmessgeräte können den Gasdurchfluss berührungslos messen und sind daher auch für die Messung korrosiver Gase geeignet. Darüber hinaus weisen sie nahezu keinen Druckabfall auf und können Massendurchflüsse messen. Andererseits sind sie nicht geeignet, wenn das Gas Verunreinigungen enthält.

6. Flächen-Durchflussmessgeräte

Bei flächigen Durchflussmessgeräten unterbricht ein Schwebekörper in einem senkrechten, konisch zulaufenden Rohr den Durchfluss von unten nach oben, so dass vor und hinter dem Schwebekörper ein Druckunterschied entsteht. Das Messgerät ruht an einer Stelle, an der sich das Gewicht des Schwebekörpers und die Kraft der Druckdifferenz die Waage halten, und durch Ablesen dieser Stelle kann der Durchfluss bestimmt werden.

Sie werden zur Messung von flüssigen oder gasförmigen Durchflüssen, Spülflüssigkeiten oder Gasen verwendet. Die einfache Konstruktion macht sie preiswert, die Messgenauigkeit ist jedoch nicht sehr hoch.

7. Turbinen-Durchflussmessgeräte

Turbinen-Durchflussmessgeräte werden in der Strömung platziert und nutzen die Tatsache, dass die Drehgeschwindigkeit des Laufrades, dessen Achse parallel zur Strömung verläuft, proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist, um aus der Anzahl der Umdrehungen des Laufrades den Volumenstrom zu berechnen.

Die leichte Bauweise ermöglicht einen hohen Grad an Einbaufreiheit. Durch sein geringes Gewicht, seinen geringen Preis und seine hervorragende Wiederholbarkeit und Ansprechempfindlichkeit ist er für die Messung großer Flüssigkeitsmengen geeignet. Allerdings nutzen sich die Lager ab und die Lebensdauer ist kurz.

8. Differenzdruck-Durchflussmessgeräte

Differenzdruck-Durchflussmessgeräte verwenden eine Blende, um einen Druckverlust zu erzeugen, und nutzen die Druckdifferenz zwischen der Primär- und der Sekundärseite, um sie als Durchflussmenge zu messen.

Es zeichnet sich durch seine geringen Kosten und sein breites Anwendungsspektrum aus. Eine eigentliche Durchflusskalibrierung ist nicht erforderlich.

9. Kalman-Wirbel-Durchflussmessgeräte

Die Kalman-Wirbel-Durchflussmessgeräte bestehen aus einem Hindernis zur Erzeugung des Kalman-Wirbels und einer Wirbelmessmaschine. Der Durchfluss wird durch die Messung des Kalman-Wirbels berechnet.

Der Kalman-Wirbel ist ein regelmäßiger Wirbel, der im Kielwasser des Hindernisses entsteht.

Durchflussmessgeräte Kalman-Wirbel können ein breites Spektrum von Flüssigkeiten messen, da sie keine mechanischen Betriebsteile oder Elektroden haben. Sie können jedoch nicht in Bereichen mit hohen Vibrationen eingesetzt werden, da sie eine gerade Rohrlänge benötigen und aufgrund von Vibrationen ausfallen können.

10. Vortex-Durchflussmessgeräte

Vortex-Durchflussmessgeräte sind Durchflussmessgeräte, die auf dem Karman-Wirbel basieren. Kalman-Wirbel sind abwechselnde, regelmäßige Wirbelreihen, die stromabwärts von einem in der Flüssigkeitsströmung platzierten Objekt (Wirbelquelle) auftreten.

11. Durchflusszellen-Durchflussmessgeräte

Durchflusszellen-Durchflussmessgeräte sind eine Art von Blenden-Durchflussmessgeräten, die einen Differenzdruck erzeugen, indem sie eine Blende in die Rohrleitung einbauen, durch die Wasser oder Luft fließt, und den erzeugten Differenzdruck messen, der von einem im Zufluss installierten Schwebekörper angezeigt wird.

Ergänzende Informationen: Digitale Durchflussmessgeräte

Analoge Durchflussmessgeräte sind meist flächenhafte Durchflussmessgeräte und werden zur Überprüfung der Durchflussmenge vor Ort eingesetzt. Sie sind preiswert und werden seit langem verwendet.

In den letzten Jahren sind viele Durchflussmessgeräte auch in digitaler Ausführung erhältlich. Durchflussmessgeräte mit Sendeausgängen sind fast immer digital aufgebaut und mit elektronischen Bauteilen und Platinen im Inneren bestückt. Sie haben zwar den Nachteil, dass die Elektronik eine Restlebensdauer hat, sind aber komfortabler, da sie einen automatischen Nullabgleich, eine Spannenwertänderung, eine Totalisierungsfunktion und einen Wechsel der Durchflusseinheit ermöglichen.

Was Ist Ein Lötkolben?

Ein Lötkolben (Englisch: Solder bath) ist ein Behälter (Tank), der geschmolzenes Lötzinn enthält oder damit gefüllt ist, und ist ein Gerät oder eine Einrichtung mit einer Heizung, um das Lötzinn in einem geschmolzenen Zustand innerhalb des Behälters zu halten.

Lötkolben werden auch als Löttöpfe oder Lötbäder bezeichnet. Je nach Form und Menge des zu lötenden Objekts können sie unterschiedlich groß sein, von Tischgeräten für den Einsatz in Labors bis hin zu großen Geräten für den Einsatz in Fertigungsstraßen.

Es gibt zwei Arten von Lötkolben: den stationären Typ, bei dem das Lot im Bad stehen bleibt, und den Strahltyp, bei dem eine Düse im Inneren des Bades das Lot versprüht.

Verwendung von Lötkolben

Obwohl einige Lötarbeiten von Hand ausgeführt werden, wird das Löten in einem Lötkolben verwendet, um große Mengen relativ einfacher Gegenstände effizient und mit stabiler Qualität zu löten.

Lötverfahren mit Lötkolben eignen sich für Bereiche wie das Löten von Leitungen und die Montage von Bauteilen auf Leiterplatten. Lötkolben werden beim Löten verwendet. Im Gegensatz zum Handlöten, das von Hand durchgeführt wird, dient das Löten im Lötkolben dazu, große Mengen relativ einfacher Objekte effizient und in gleichbleibender Qualität zu löten.

Prinzip Des Lötkolbens

Ein Lötkolben besteht aus einem Behälter zur Aufbewahrung von geschmolzenem Lötkolben und einer Heizung, die den Lötkolben in geschmolzenem Zustand hält. Der Aufbau ist einfach: Es wird Wärme zugeführt, um das Lot in einem geschmolzenen Zustand zu halten, aber die meisten Lötkolben, die als Produktionsanlagen eingeführt werden, sind mit einem Förderer ausgestattet, der die Temperatur des Lötkolbens im Detail steuern und das Objekt zum Lötkolben transportieren kann.

Es gibt zwei Arten von Lötkolben: stationäre Typen, bei denen die Lötlösung im Tank stehen bleibt, und Jet-Typen, die mit Düsen zum Herausspritzen des Lots ausgestattet sind. Das Lot im Lötkolben oxidiert, wenn es in geschmolzenem Zustand lange Zeit der Luft ausgesetzt ist, und bildet Oxide. Oxide verschlechtern die Benetzbarkeit des Lotes und des zu lötenden Grundmetalls und sind eine Hauptursache für Lötfehler.

Aus diesem Grund ist eine konstante Zufuhr von nicht oxidiertem, geschmolzenem Lot ein wichtiger Punkt für gutes Löten. Aus diesem Grund wird häufig der Düsentyp verwendet, bei dem die Düse geschmolzenes Lot aus dem Inneren des Lötkolbens herausspritzt, um nicht oxidiertes Lot in Kontakt mit dem Grundmetall zu bringen.

Maßnahmen zur Entfernung von Oxiden sind sowohl beim Festlöten als auch beim Düsenlöten erforderlich. Das Düsenlöten hat jedoch den Vorteil, dass sich weniger Oxide bilden können, da das Lot ständig fließt und somit weniger Arbeit zur Entfernung von Oxiden erforderlich ist.

1. Löten MIT Einem Stationären Lötkolben

Wie in der schematischen Darstellung eines stationären Lötkolbens in Abb. 1 gezeigt, wird geschmolzenes Lot in den Lötkolben gegeben, wie in Abb. 2 dargestellt, und das zu lötende Bauteil, z. B. eine Leiterplatte, wird in das geschmolzene Lot eingetaucht, wie in Abb. 3 gezeigt, und der Lötvorgang wird durch Herausziehen abgeschlossen.

2. Löten MIT Einem Lötkolben in Düsenform

Beim Löten mit einem Düsenlötbad, wie in der schematischen Darstellung des Düsenlötbades in Abb. 4 gezeigt, wird eine Düse in das Lötbad mit geschmolzenem Lot gesetzt. Dieses wird dann auf die zu lötenden Bauteile, wie z. B. Leiterplatten, gesprüht, um den Lötvorgang abzuschließen.

Diese Methode, bei der ein Lötkolben mit Düsen zum Ausstoßen des Lots verwendet wird, wird als Schwalllöten bezeichnet und ist in der Leiterplattenherstellung weit verbreitet. Der spezifische Aufbau der Anlage sieht vor, dass die Chips in die Leiterplatte eingebaut und über ein Förderband zum Lötkolben transportiert werden, aus dem das geschmolzene Lot herausgespritzt und im Rahmen eines automatisierten Fertigungsprozesses auf der Leiterplatte und den Bauteilen angebracht wird.

Weitere Informationen üBer Lot

1. Arten von Lötzinn

Bei der Verwendung von Lötzinn wird ein “Flussmittel” oder “Teer” verwendet. Damit soll eine saubere “Lötung” gewährleistet werden. Das “Flussmittel” ist eine Flüssigkeit, die Ammoniumchlorid oder Zinkchlorid enthält.

Es wird verwendet, um Verunreinigungen von der Leiterplatte zu entfernen und die Oberfläche der Leiterplatte zu reinigen, damit sie sauber gelötet werden kann. Es wird auch verwendet, um die Oxidation der Kupferoberfläche von Leiterplatten zu verhindern.

Die Feilen werden aus Kiefernteer hergestellt, der die Oxidation des Lots verhindert und ein sauberes Lötergebnis gewährleistet. Im Allgemeinen ist “Yani” oft in “Lot” enthalten und wird als “Yani ni ni-in solder” verkauft.

2. Lötmaterial

Lötzinn (englisch: solder) ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Blei und Zinn besteht. Es wird hauptsächlich verwendet, um verschiedene elektronische Bauteile und Steckverbinder, die auf Leiterplatten montiert sind und elektronische Schaltkreise bilden, mit der Verdrahtung auf der Leiterplatte metallisch zu verbinden, damit sie Strom leiten können. Eine weitere Anwendung ist die Metallverbindung zwischen Rohren.

Lötzinn geht auf die mesopotamische Zivilisation um 3000 v. Chr. zurück. Silber-Kupfer”- oder Zinn-Silber”-Lot wurde verwendet, um silberne Henkel an Kupfergefäßen zu befestigen. Später, in der griechisch-römischen Epoche, wurde das heute gebräuchliche Zinn-Blei-Lot für die Verbindung von Wasserrohren verwendet.

Später wurde die Giftigkeit von Blei deutlich, und die EU war das erste Land der Welt, das die Verwendung von Zinn-Blei-Lot regulierte (Rohs-Richtlinie 2006). Heutzutage sind die Hersteller von Lötmitteln und Elektrogeräten weltweit führend in der Entwicklung von bleifreien Lötmitteln, die in der ganzen Welt weit verbreitet sind. Derzeit sind die Hauptbestandteile von Lötlegierungen “Zinn-Silber-Kupfer”, “Zinn-Kupfer-Nickel” und “Zinn-Zink-Aluminium” Systeme, die kein “Blei” verwenden.

Ein Lötkolben besteht aus einem Behälter zur Aufbewahrung von geschmolzenem Lötkolben und einem Heizgerät, das den Lötkolben in geschmolzenem Zustand hält. Obwohl die Struktur einfach ist – es wird Wärme zugeführt, um das Lot in einem geschmolzenen Zustand zu halten – sind die meisten Lötbäder, die als Produktionsanlagen eingeführt werden, mit einem Förderer ausgestattet, der die Temperatur des Lötbades im Detail steuern und das Objekt zum Lötbad transportieren kann, sowie mit Düsen, die das Lot versprühen, und werden im Bereich der Leiterplattenherstellung eingesetzt. Sie werden im Bereich der Leiterplattenfertigung im so genannten Schwalllötverfahren eingesetzt.

In diesem Abschnitt werden die Lötkolben beschrieben, die beim Schwalllöten verwendet werden. Es gibt zwei Arten von Lötkolben, die in diesem Verfahren verwendet werden: stationäre und Düsenlötkolben.

Das Lötkolben-Lot oxidiert, wenn es in geschmolzenem Zustand lange Zeit der Luft ausgesetzt ist, und bildet Oxide. Oxide verschlechtern die Benetzbarkeit des Grundmetalls und des Lots, was zu Lötfehlern führt. Eine konstante Zufuhr von geschmolzenem, nicht oxidiertem Lot ist der Schlüssel zu gutem Löten.

Bei beiden Arten von Lötkolben sind Maßnahmen zur Entfernung dieser Oxide erforderlich, aber beim Düsentyp wird eine Düse verwendet, um geschmolzenes Lot aus dem Inneren des Lötkolbens auszustoßen, um nicht oxidiertes Lot in Kontakt mit dem Grundmetall zu bringen.

3. Löttemperatur

Die Temperatur des Lots variiert je nach Lötlösung, aber der Schmelzpunkt von bleihaltigem Lot liegt bei 183 °C und der von bleifreiem Lot bei etwa 210 °C, wobei bleifreies Lot einen höheren Schmelzpunkt hat. Aus diesem Grund wurde darauf hingewiesen, dass bleifreies Lot den Nachteil hat, dass es schwer zu schmelzen und die Benetzung zu verteilen ist.

Inzwischen wurden jedoch Produkte entwickelt, die mit den herkömmlichen “Zinn-Blei”-Systemen vergleichbar sind, und die Schmelzpunkte der bekannten repräsentativen bleifreien Lote “Zinn-Silber-Kupfer” (Sn 96,5 %, Ag 3 %, Cu 0,5 %) und “Zinn-Kupfer-Nickel” (Sn 99 %, Cu 0,7 %, Ni und andere Zusätze) liegen zwischen 217-227 °C. .

Was sind Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung?

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung sind Geräte, die Wafer und Halbleiterchips während des Halbleiterherstellungsprozesses visuell auf Fehler untersuchen.

Zu den wichtigsten Halbleiterherstellungsprozessen gehören der Herstellungsprozess der Fotomaske, die der Originalplatte für den Druck entspricht, der Herstellungsprozess des Wafers, der die Grundlage für Halbleiter bildet, der Front-End-Prozess, bei dem mithilfe von Fotomasken feine Schaltkreisstrukturen auf dem Wafer gebildet werden, und der Back-End-Prozess, bei dem die einzelnen Halbleiterchips nach der Schaltkreisbildung verpackt werden. Im Einzelnen handelt es sich um Hunderte von Prozessen.

In den letzten Jahren hat die Halbleiter-Mikrofabrikationstechnologie den Bereich von einigen Nanometern erreicht (etwa 1/10 000stel der Dicke eines menschlichen Haares). Gleichzeitig ist der Durchmesser der Wafer größer geworden und mehrere tausend Halbleiterchips mit Milliarden von Transistoren auf einem einzigen Wafer hergestellt werden können.

In der Halbleiterfertigung, die sich durch eine so hohe Produktivität auszeichnet, sind Prüfgeräte äußerst wichtig, um fehlerhafte Produkte frühzeitig auszusortieren, Kosten zu senken und die Qualität und Zuverlässigkeit zu verbessern. Die Kriterien für die Auswahl von Halbleiterprüfgeräten sollten den Durchmesser des Wafers, das verwendete Verfahren und die Art des zu erkennenden Fehlers berücksichtigen.

Einsatzmöglichkeiten von Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung werden in verschiedenen Phasen des Halbleiterherstellungsprozesses eingesetzt.

Zu den Defekten, die mit Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung erkannt werden, gehören Verformungen, Risse und Kratzer auf Fotomasken und Wafern, das Anhaften von Fremdkörpern, die Fehlausrichtung von Schaltkreisen, die im Front-End-Prozess entstehen, Dimensionsfehler, Verpackungsfehler im Back-End-Prozess und viele andere Fälle.

Aus diesem Grund müssen für jeden Prozess die geeigneten Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung und die entsprechende Software ausgewählt werden, und die Automatisierung wird durch den Einsatz von KI und anderen Techniken vorangetrieben, um die Inspektionen zu beschleunigen und den Personalaufwand zu verringern.

Funktionsweise der Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung

Anlagen zur visuellen Halbleiterprüfung bestehen aus einem Messgerät, einer Software zur Verarbeitung der Messdaten und einer Ausrüstung zur Durchführung der entsprechenden Messungen.

Als Messgeräte werden hochauflösende Kameras, Elektronenmikroskope und Lasermessgeräte eingesetzt. Die Software zur Verarbeitung der Messdaten verfügt über Algorithmen, die für die zu untersuchenden Prozesse entwickelt wurden. Für eine ordnungsgemäße Messung sind außerdem Geräte zur Unterdrückung von Vibrationen und zur Beleuchtung der Geräte erforderlich. Im Folgenden werden die Technologien zur Bildaufnahme, Bildverarbeitung und Fehlerklassifizierung beschrieben, die den Kern der Halbleiterprüfgeräte bilden.

• Bildgebende Technologie
  Die Bildverarbeitungstechnologie misst Defekte, indem ein Laserstrahl auf den Wafer gestrahlt wird und das gestreute Licht erfasst wird. Durch die Beleuchtung kleinster Unregelmäßigkeiten können Fremdkörper und Beschädigungen erkannt werden.
• Bildverarbeitungstechnologie
  Die Bildverarbeitungstechnologie macht sich die Tatsache zunutze, dass das auf allen Chips auf einem Wafer gebildete Muster gleich ist, und erkennt Fehler durch den Vergleich benachbarter Muster. Sie ist in der Lage, mit hoher Geschwindigkeit und in einem großen Bereich zu arbeiten.
• Technologie zur Fehlerklassifizierung
  Bei der Fehlerklassifizierungstechnologie handelt es sich um eine Technologie, die nach der Erkennung eines Fehlers diesen klassifiziert und die Ursache herausfindet. Diese Technologie ist notwendig, um die Ursachen von Defekten zu identifizieren und zu beseitigen.

Arten der visuellen Halbleiterprüfung

1. Visuelle Inspektion in der Waferherstellung und im Front-End-Prozess

Wafer werden aus Rohstoffen für Halbleiter wie Silizium hergestellt, die als zylindrische, einkristalline Materialien, so genannte Ingots, geformt, auf eine Dicke von etwa 1 mm geschnitten und an der Oberfläche poliert werden, wobei sie heutzutage einen Durchmesser von 12 Zoll (ca. 30 cm) haben.

Zu den Defekten in Wafern gehören nicht nur anhaftende Fremdkörper, sondern auch Oberflächenfehler und Risse auf dem Wafer selbst, ungleichmäßige Bearbeitung und Kristalldefekte usw. Bei der visuellen Inspektion im Waferherstellungsprozess werden diese Defekte hauptsächlich durch Laserlichtbestrahlung erkannt.

Der Front-End-Prozess läuft im Waferzustand ab, und es gibt zwei Haupttypen von Defekten, die dort auftreten können, die als zufällige und systematische Defekte bezeichnet werden. Zufällige Defekte werden hauptsächlich durch Fremdpartikel verursacht, aber da sie zufällig sind, ist ihre Position nicht vorhersehbar. Zufällige Defekte auf Wafern werden daher durch Bildverarbeitung erkannt. Systematische Defekte hingegen sind Defekte, die durch an der Fotomaske haftende Partikel oder durch die Bedingungen des Belichtungsprozesses, z. B. auf der Fotomaske, verursacht werden und tendenziell auf jedem Halbleiterchip auf dem Wafer an der gleichen Stelle auftreten.

2. Visuelle Inspektion im Back-End-Prozess

Im Back-End-Prozess wird der Wafer in einzelne Chips zerschnitten (Dicing), in ein Harz- oder Keramikgehäuse eingesetzt und die Anschlüsse des Chips mit denen des Gehäuses verbunden (Wire Bonding) und versiegelt. Der letzte Teil des Prozesses ist hauptsächlich eine elektrische Prüfung, umfasst aber auch visuelle Prüfungen auf Fehler beim Drahtbonden, Fehler beim Aufdruck der Teilenummern usw.

Weitere Informationen zur visuellen Inspektion von Halbleitern

1. Bedeutung der visuellen Inspektion von Halbleitern

Im Allgemeinen zielen visuelle Inspektionen im Herstellungsprozess oft auf die Überprüfung von Schmutz, Kratzern usw. ab und haben in einigen Fällen nichts mit der Funktionalität oder Leistung des Produkts zu tun. Schmutz und Kratzer in der Halbleiterherstellung sind jedoch nicht nur scheinbare Probleme, sondern beeinträchtigen in fast allen Fällen die Funktionalität und Leistung des Produkts.

Halbleiter sind elektronische Geräte, und wie bei anderen elektrischen und elektronischen Geräten werden elektrische Prüfungen durchgeführt. Allerdings ist es äußerst schwierig, alle Milliarden von Transistoren und die Verdrahtung, die sie verbindet, zu prüfen, und nur visuelle Prüfungen können Dinge wie Transistor-Gates und Verdrahtungsdetails bestätigen.

2. Genauigkeit bei der visuellen Inspektion von Halbleitern

Bei Halbleiterprozessen auf Nanoebene betragen die Dicke eines einzelnen Drahtes und der Abstand zwischen benachbarten Drähten mehrere Nanometer.

Wenn hier Defekte im Nanobereich vorhanden sind, können sie Kurzschlüsse und Drahtbrüche verursachen. Und selbst wenn die Breite der Verdrahtung aufgrund eines Defekts von 1/10 der Größe 90 % des vorgesehenen Werts beträgt, ändern sich der Widerstand und die Kapazität der Verdrahtung. Wenn ein elektrischer Strom durch diese Verdrahtung fließt, tritt ein Phänomen auf, das Elektromigration genannt wird und bei dem sich Metallatome aufgrund der Bewegung von Elektronen bewegen, was dazu führt, dass die Verdrahtung schnell dünner wird und es in kurzer Zeit zu Unterbrechungen kommt.

Die Halbleiterherstellung erfordert daher visuelle Inspektionen mit extrem hoher Präzision, und mit der Weiterentwicklung der Mikrofabrikationstechnologie wird die erforderliche Präzision in Zukunft weiter zunehmen.

Was ist Dimethylsulfat?

Dimethylsulfat ist der Dimethylester der Schwefelsäure. Es ist ein neutraler Ester und wird durch die chemische Formel (CH3)2SO4 oder (CH3O)2SO2 dargestellt.

Andere Bezeichnungen sind Schwefelsäuredimethylester und DMS. Beachten Sie, dass die Bezeichnung Dimethylsulfat nicht ganz korrekt ist; es handelt sich um eine konventionelle Bezeichnung.

Es handelt sich um eine farblose ölige Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 188 °C, die in Ethanol und verschiedenen Ethern löslich ist. In Wasser ist es unlöslich, wird aber allmählich hydrolysiert.

Die wichtigsten bekannten Synthesemethoden sind die Reaktion von rauchender Schwefelsäure mit trockenem Methanol oder Dimethylether zur Herstellung von Methylhydrogensulfat, das dann durch Destillation in Dimethylsulfat umgewandelt wird, und die industrielle Herstellungsmethode durch kontinuierliche Reaktion von Dimethylether mit Schwefeltrioxid SO3.

Nach dem Gesetz ist es als mit „prioritär zu bewertender chemischer Stoff“ eingestuft. Darüber hinaus unterliegt es mehreren Regelungen und Vorschriften.

Anwendungen von Dimethylsulfat

Dimethylsulfat wird häufig als starkes Alkylierungsmittel verwendet. Daher wird es häufig als synthetischer und pharmazeutischer Rohstoff verwendet. Insbesondere wird es häufig zur Methylierung von -OH in Phenolen und Alkoholen, -NH2 in Aminen und -SH in Thiolen verwendet.

Die Substanz ist auch ein bekanntes Alkylierungsmittel, das bei der chemischen Methylierung von Nukleinsäuren verwendet wird. In der Vergangenheit wurde sie für die DNA-Sequenzierung nach der Maxam-Gilbert-Methode verwendet.

Vorsichtshalber sei darauf hingewiesen, dass diese Substanz zwar nicht reizend, aber für den menschlichen Körper äußerst giftig ist.
Wenn die Dämpfe eingeatmet werden oder auf der Haut verbleiben, können sie in den Körper aufgenommen werden und Vergiftungen verursachen.
Innere Organe wie Nieren, Leber und Herz können geschädigt werden, und der Tod kann durch Nekrose der Haut und Entzündung der Schleimhäute der Atemwege eintreten, sodass beim Umgang mit dem Stoff Vorsicht geboten ist. Außerdem ist es krebserregend.
Da es giftig und schwierig zu handhaben ist, wird es in den Labors häufig durch andere Methylierungsmittel ersetzt.

Was ist Calciumsulfat?

Calciumsulfat ist ein Sulfat von Calcium, das als Hauptbestandteil von Gips bekannt ist.
Seine chemische Formel lautet CaSO4.
Ein anderer Name für diesen Stoff ist Kalksulfat.

Der Stoff ist ein farbloser bis weißer, wasserunlöslicher Kristall, der in der Natur als Gips (Dihydrat) und Hartgips (Anhydrat) vorkommt. Beim Erhitzen entsteht hydratisierter kalzinierter Gips.

Es ist als allgemeiner chemischer Stoff eingestuft. Außerdem ist es als registriertes Pestizid eingestuft. Darüber hinaus unterliegt es dem Lebensmittelhygienegesetz.

Anwendungen von Calciumsulfat

Zu den wichtigsten Verwendungszwecken von Calciumsulfat gehören: Lebensmittelzusatzstoffe, Agrarchemikalien (Pflanzenwachstumsregulatoren) und Zementrohstoffe.

Calciumsulfatanhydrid (wasserfreier Gips), fein gemahlen und unter Zusatz von Abbindebeschleunigern wie Kalk, Alaun und Portlandzement, wird als Hartgips bezeichnet. Dieser wird vor allem für Wandmaterialien verwendet, insbesondere für dichte, dekorative Zwecke. Die bereits erwähnte Mischung aus gebranntem Cecko (Calciumsulfat 0,5 pentahydrat) und Abbindeverzögerern wie Funori, Gelatine, Stärke und Borax wird ebenfalls als Gipsputz verwendet.

Was ist Cumol?

Cumol ist eine aromatische organische Verbindung mit einer Struktur, bei der eines der Wasserstoffatome im Benzolring durch eine Isopropylgruppe ersetzt ist.

Es ist auch als Cumol, Isopropylbenzol, 1-Methylethylbenzol und 2-Phenylpropan bekannt. Seine chemische Formel lautet C9H12, seine CAS-Nummer 98-82-8.

Cumol war im Zweiten Weltkrieg als Rohstoff für Flugzeugtreibstoff serienreif. Nachdem man herausgefunden hatte, dass man Cumol oxidieren kann, um Cumolhydroperoxid zu erhalten, das dann zu Aceton und Phenol zersetzt werden kann, wurde das Cumolverfahren als industrielles Verfahren für Aceton und Phenol eingesetzt.

Anwendungen von Cumol

1. Cumol-Verfahren

Das Cumol-Verfahren ist eine Reaktion, bei der Benzol und Propen als Ausgangsstoffe zur Gewinnung von Phenol und Aceton verwendet werden.

Cumol wird durch Substitution von Benzol durch Propen unter sauren Bedingungen gewonnen. Anschließend werden durch Einblasen von Sauerstoff in Cumol die Kohlenstoffatome im Zentrum des Cumols zu Cumolhydroperoxid oxidiert. Durch Zugabe von Schwefelsäure zu Cumolhydroperoxid wird ein Sauerstoffatom zwischen den Benzolring und das Kohlenstoffatom eingefügt und es kommt zur Zersetzung zwischen dem Sauerstoff- und dem Kohlenstoffatom, wobei Aceton und Phenol entstehen.

Bei der Cumol-Methode wird die Reaktion durch Oxidation bei Umgebungsdruck erleichtert. Sie ist weit verbreitet, weil Aceton und Phenol, die in großen Mengen als Lösungsmittel und Kunststoffrohstoffe hergestellt werden müssen, leicht gewonnen werden können.

2. Kunststoffrohstoffe

Der größte Teil des tatsächlichen Bedarfs an Cumol ist Phenol. Phenolharze werden aus Phenol hergestellt, das aus Cumol synthetisiert wird. Das Phenolharz Bisphenol A wird als Rohstoff für Polycarbonat und Epoxidharze verbraucht.

3. Kraftstoffe

Hochoktanige Kraftstoffe für die Luftfahrt mit Cumol werden verwendet, um die bei der Verbrennung des Kraftstoffs gewonnene Energie zu erhöhen.

4. Lösungsmittel

Einigen Lösungsmitteln in Farben, Lacken und Verdünnern kann Cumol in geringen Mengen zugesetzt werden.

5. Peroxide

Peroxide wie z. B. Cumolhydroperoxid, das durch Oxidation von Cumol entsteht, sind starke Oxidationsmittel und reagieren leicht mit reduzierenden und brennbaren Stoffen, um diese zu oxidieren. Bei der Zersetzung von Peroxiden entstehen auch Radikale, die als Initiatoren für die radikalische Polymerisation bei der Polymersynthese verwendet werden können.

6. Andere Rohstoffe

Cumol wird als Rohstoff für Pharmazeutika und Aromastoffe verwendet.

Eigenschaften von Cumol

Cumol ist eine farblose Flüssigkeit mit einem spezifischen Geruch bei normaler Temperatur und normalem Druck. Es hat einen Schmelzpunkt von -96 °C, einen Siedepunkt von 152 °C und ein spezifisches Gewicht von 0,86. Es ist löslich in Ethanol, Ethylether, Aceton, Benzol, Petrolether und Tetrachlorkohlenstoff und sehr unlöslich in Wasser.

Da es sich bei Cumol um einen aromatischen Kohlenwasserstoff handelt, wurde er wie andere Kohlenwasserstoffe als mögliches Karzinogen identifiziert. Es besteht außerdem Explosionsgefahr, wenn es sich bei hohen Temperaturen oder unter Druck zersetzt. Aus diesem Grund sollte es mit Vorsicht gehandhabt werden.

Weitere Informationen über Cumol

Synthese von Cumol

Für die Synthese von Cumol wird die Friedel-Crafts-Reaktion verwendet. Die Friedel-Crafts-Reaktion ist eine Art der aromatischen Substitutionsreaktion organischer Verbindungen, bei der elektrophile Verbindungen wie Alkylhalogenide und Acylhalogenide an den aromatischen Ring addiert werden. Die spezifische Synthese von Cumol läuft wie folgt ab:

Propylen und Benzol werden gemischt und mit Aluminiumchlorid, einer Lewis-Säure, als Katalysator erhitzt. Das Aluminiumchlorid verbindet sich dann mit dem Propylen, wobei ein Propylen-Kation entsteht. Das Propylen-Kation greift das Benzol an und es entsteht Cumol. Das Reaktionsgemisch wird mit Wasser hydrolysiert, um Cumol zu extrahieren.

Bei dieser Reaktion stabilisiert Aluminiumchlorid das Propylen-Kation und ermöglicht seine Anlagerung an den aromatischen Ring. Die Synthese von Cumol durch die Friedel-Crafts-Reaktion ist eine weit verbreitete industrielle Produktionsmethode.

Was ist Gallium?

Gallium (englisch: Gallium) ist ein weiches, geruchloses, silbrig-weißes Metall.

Gallium hat das Elementsymbol Ga, die Ordnungszahl 31 und die CAS-Nummer 7440-55-3. Es wurde 1875 von dem französischen Chemiker Paul Beaudrin entdeckt. Gallium ist in der Natur weit verbreitet und kommt in Spuren in Mineralien wie Bauxit und Germanit vor, die Aluminiumerze sind.

Anwendungen von Gallium

Gallium wird als Halbleitermaterial verwendet, da es als Galliumarsenid (GaAs), einer Verbindung mit Arsen, ein Verbindungshalbleiter ist. Galliumarsenid wird in elektronischen Produkten wie Laserdruckern, Supercomputern und Mobiltelefonen verwendet.

Galliumnitrid (GaN), eine Verbindung aus Gallium und Stickstoff, wird auch in blauen Leuchtdioden (LEDs) verwendet. Blaue LEDs werden in Blu-ray-Discs, LED-Glühbirnen und neuen Arten von Verkehrsampeln verwendet.

Eigenschaften von Gallium

Gallium hat einen Schmelzpunkt von 29,8 °C und einen Siedepunkt von 2.403 °C. Es liegt bei Raumtemperatur als Feststoff oder Flüssigkeit vor und hat im festen Zustand eine Dichte von 5,91 g/cm3. Unter den Metallen ist der niedrige Schmelzpunkt von Gallium sein bekanntestes Merkmal. Im festen Zustand ist es antimagnetisch, im flüssigen Zustand jedoch paramagnetisch, mit einer magnetischen Suszeptibilität von 2,4×10-6 bei 40 °C.

Struktur von Gallium

Im Gegensatz zu anderen Metallen kristallisiert Gallium nicht in einer der einfachen Kristallstrukturen. Die stabilen Phasen bei Umgebungsdruck sind α-, β-, γ- und δ-Gallium, die sich unter verschiedenen Bedingungen bilden, sowie Ga-II, Ga-III und Ga-IV, die sich bei hohem Druck bilden.

1. Struktur von α-Gallium

α-Gallium ist ein Polymorph des Galliums, das unter normalen Bedingungen existiert und eine orthorhombische Struktur mit acht Atomen im Einheitsgitter aufweist. Der Abstand zwischen den nächstgelegenen Atomen beträgt 244 pm, und weitere 39 pm trennen die sechs Nachbaratome voneinander. Man nimmt an, dass diese instabile, wenig symmetrische Struktur für den niedrigen Schmelzpunkt von Gallium verantwortlich ist.

2. Andere polymorphe Formen

Andere kristalline Formen von Gallium können durch Kristallisation aus unterkühltem flüssigem Gallium gewonnen werden. Oberhalb von -16,3 °C bildet sich monoklines β-Gallium mit einer Zickzackstruktur der Galliumatome und oberhalb von -19,4 °C triklines δ-Gallium mit einer α-Bor-ähnlichen Kristallstruktur, bei der 12 Galliumatome verzerrt angeordnet sind. Bei -35,6 °C bildet sich orthorhombisches γ-Gallium, das eine ähnliche Struktur wie γ-Bor aufweist, mit sieben ringförmig angeordneten Gallium-Atomen, die durch Atome verbunden sind, die in der Mitte in einer linearen Kette angeordnet sind.

Weitere Informationen über Gallium

1. Wie wird Gallium hergestellt?

Gallium fällt nur als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Erzen anderer Metalle an. Sein Hauptrohstoff ist Bauxit, das Haupterz von Aluminium, es kann aber auch aus Zinksulfiderz gewonnen werden. Bei der Bayer-Methode sammelt sich das Gallium während des Bauxit-Aluminiumoxid-Prozesses in der Natronlauge an, so dass das Gallium-Metall nach Verwendung eines Ionenaustauschharzes durch Elektrolyse gewonnen werden kann. Für Halbleiteranwendungen wird es durch das Zonenschmelzverfahren oder die Einkristallextraktion aus der Schmelze weiter gereinigt, wobei routinemäßig sehr hohe Reinheiten wie 99,9999 % erreicht werden und im Handel erhältlich sind.

2. Rechtliche Informationen

Bei der Handhabung und Lagerung sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:

• Behälter dicht verschließen und an einem trockenen, kühlen und dunklen Ort lagern.
• Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden.
• Vermischung mit Säuren, Laugen, Oxidationsmitteln und Halogenen vermeiden.
• Nicht an Bauteilen verwenden, die mit Metallen, insbesondere Aluminium, in Berührung kommen können, da diese korrodieren.
• Bei der Verwendung Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen.
• Nach der Handhabung die Hände gründlich waschen.
• Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen.
• Bei Augenkontakt mehrere Minuten lang vorsichtig mit Wasser ausspülen.

Was ist Kalzium?

Kalzium ist ein Erdalkalimetallelement mit der Ordnungszahl 20.

Es wurde erstmals in den frühen 1800er Jahren durch die “Elektrolyse-Methode” des britischen Chemikers Humphry Davy isoliert. Kalzium kommt in der Natur in Form einer Verbindung vor.

Aufgrund seiner hohen Ionisierungstendenz ist es sehr reaktiv. Es ist der am häufigsten im Körper vorkommende Mineralstoff und ist im Körper zu 1-2 % seines Gewichts vorhanden. Zu 99 % ist es in Knochen und Zähnen als an Phosphorsäure gebundenes Kalziumphosphat (Hydroxylapatit, HAP) vorhanden, während das restliche 1 % im Blut und in den Zellen vorhanden ist.

Anwendungen von Kalzium

Kalzium wird in Form verschiedener Kalziumsalze in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Kalziumchlorid wird als Enteisungsmittel für Straßen verwendet, während Kalziumkarbonat in Kreide, bei der Rauchgasentschwefelung und in Futtermitteln eingesetzt wird.

Kalziumoxid (Branntkalk) ist ein Lebensmittelzusatzstoff, der als Trocknungsmittel und Bodenverbesserer sowie in Europa und den USA als Teigverbesserer und Hefenahrung verwendet wird. Kalziumhydroxid (gelöschter Kalk) wird ebenfalls als Lebensmittelzusatzstoff verwendet, z. B. als Neutralisierungsmittel für saure Böden und als Gerinnungsmittel für die Konjakwurzel.

Eigenschaften von Kalzium

Kalzium hat einen Schmelzpunkt von 842 °C und einen Siedepunkt von 1.484 °C. Seine Dichte bei Raumtemperatur beträgt 1,550 g/cm3 und seine Flüssigkeitsdichte beim Schmelzpunkt 1,378 g/cm3.

Die Oxidationszahl beträgt fast +2. Wird Kalzium an der Luft belassen, reagiert es mit Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid. Daher sollte es mit Inertgas gefüllt oder in Mineralöl gelagert werden.

Struktur von Kalzium

Kalzium ist ein Element der Gruppe 2 und ein Erdalkalimetall. Sein Elementsymbol ist Ca und sein Atomgewicht beträgt 40,08. Je nach Temperatur weist es drei Kristallstrukturen auf: Unter 250 °C ist die kubisch dicht gepackte Struktur die stabilste Struktur; zwischen 250 und 450 °C ist die hexagonale dicht gepackte Struktur die stabilste Struktur; zwischen 450 und 839 °C ist das kubisch-raumzentrierte Gitter die stabilste Struktur.

Kalzium hat vier stabile Isotope: 40Ca, 42Ca, 43Ca und 44Ca. Die Prozentsätze betragen 96,94 % für 40Ca, 2,086 % für 44Ca, 0,647 % für 42Ca und 0,135 % für 43Ca. Daneben gibt es auf der Erde noch zwei weitere langlebige radioaktive Isotope, 46Ca und 48Ca.

Darüber hinaus ist 41Ca als radioaktives Spurenisotop natürlich vorhanden, da es entsteht, wenn 40Ca Neutronen aus der kosmischen Strahlung einfängt. Darüber hinaus ist es möglich, Kalzium-Isotope künstlich herzustellen.

Weitere Informationen über Kalzium

1. Reaktionen von Kalzium

Wenn Kalzium an der Luft erhitzt wird, verbrennt es mit einer Flamme. Fügt man dem Kalzium Wasser hinzu, entsteht Wasserstoff und eine wässrige Kalziumhydroxidlösung (Kalkwasser). Fügt man der Kalziumhydroxidlösung Kohlendioxid hinzu, erhält man einen weißen Niederschlag aus Kalziumkarbonat. Wird jedoch ein Überschuss an Kohlendioxid zugeführt, löst sich der Niederschlag auf.

Da die Reaktion reversibel ist, führt das Erhitzen erneut zur Ausfällung von Kalziumkarbonat; Kalziumoxid kann entstehen, wenn Kalziumkarbonat auf über 1.170 °C erhitzt wird. Bei der Reaktion von Kalziumoxid mit Wasser entsteht Kalziumhydroxid.

Bei der Reaktion von Kalzium mit Halogenen in der Gasphase können auch Halogenide entstehen. Wenn Kalzium in Alkohol gelöst wird, entstehen Kalziumalkoxide. Wenn Kalzium in flüssigem Ammoniak gelöst wird, färbt sich die Lösung blau und beim Verdampfen des Ammoniaks entsteht Kalziumhexaammonium.

2. Kalzium in der Natur

Kalzium kommt weltweit hauptsächlich als Kalziumkarbonat in massiven Ablagerungen wie Marmor und Kalkstein vor. Kalzium erregt derzeit Aufmerksamkeit, weil es Kohlendioxid, das als Ursache der globalen Erwärmung gilt, in Form von Kalziumkarbonat bindet.

Andererseits ist Kalzium ein typischer Mineralstoff, den der Mensch und andere Organismen benötigen. So ist es beispielsweise ein wesentliches Element für eukaryontische Zellorganismen und wird auch von Pflanzen als Dünger benötigt. Es wurde jedoch berichtet, dass die Einnahme von Kalziumergänzungen die Wahrscheinlichkeit erhöht, an Demenz zu erkranken.

Was ist Kalium?

Kalium ist ein Element mit der Ordnungszahl 19 und ein Alkalimetall der Gattung 1.

Es wurde erstmals 1807 von dem englischen Chemiker Humphry Davy isoliert. Kalium ist ein wesentliches Element für das Pflanzenwachstum und gehört zusammen mit Stickstoff und Phosphor zu den drei Hauptelementen von Düngemitteln.

Es gehört auch zu den Mineralien, die der menschliche Körper benötigt, und reguliert den osmotischen Druck der intrazellulären Flüssigkeiten. Da es sehr reaktionsfreudig ist, kommt es in der Natur in Form von Verbindungen und nicht als Einzelsubstanz vor.

Anwendungen von Kalium

Kalium bildet mit allen Stoffen Salze und seine Kaliumsalze werden häufig verwendet. So werden beispielsweise Sulfat (Kaliumsulfat) und Hydrochlorid (Kaliumchlorid) als Kalidünger verwendet, während Nitrat (Kaliumnitrat) zur Herstellung von Seife verwendet wird.

Karbonate (Kaliumkarbonat) können zur Herstellung von Glas (z. B. Kathodenstrahlröhren, optisches Glas) und Sole verwendet werden. Weitere Verwendungszwecke sind die Herstellung von fotografischen Platten (Kaliumbromid), Feuerwerkskörpern und Streichhölzern (Kaliumchromat und Kaliumchlorat).

Eigenschaften von Kalium

Kalium ist ein weiches Metall. Mit einem spezifischen Gewicht von 0,86 ist es leichter als Wasser und hat nach Lithium das zweithöchste spezifische Gewicht. Es hat einen Schmelzpunkt von 63,7 °C und einen Siedepunkt von 774 °C. Seine Flammenreaktion ist blassviolett.

Es ist weniger reaktiv als Rubidium und Cäsium, die eine geringere Elektronegativität haben, und reaktiver als Lithium und Natrium, die eine höhere Elektronegativität haben. Es wird an der Luft schnell oxidiert und färbt sich grau. Mit Wasser und Halogenelementen reagiert es heftig.

Kaliummetall sollte daher in Kohlenwasserstoffen wie Mineralöl oder Paraffin oder in Argon in gefüllten Glasampullen gelagert werden.

Bei der Reaktion mit Alkoholen entstehen Alkoxide, die bei hohen Temperaturen mit Wasserstoff zu Kaliumhydrid reagieren können. Es ist gut löslich in Wasser und flüssigem Ammoniak.

Struktur von Kalium

Das Elementsymbol für Kalium ist K und sein Atomgewicht beträgt 39,10. Es ist ein silbrig-weißes Metall und hat bei normaler Temperatur und normalem Druck eine kubisch-raumzentrierte Struktur.

Seine Elektronenkonfiguration ist [Ar] 4s1, und wenn ein Elektron emittiert wird, hat es die gleiche stabile Edelgas-Elektronenkonfiguration wie Argon. Da die erste Ionisierungsenergie mit 418,8 kJ/mol niedrig ist, kann es leicht ein Elektron verlieren und zu einem Kation (K+) werden. Die zweite Ionisierungsenergie ist mit 3052 kJ/mol sehr hoch, da der Verlust von zwei Elektronen die Elektronenkonfiguration des Edelgastyps aufbricht. Andererseits ist auch das Alkalid-Ion K- bekannt.

Kalium hat 24 bekannte Isotope. Das häufigste ist 39K; 40K und 41K kommen ebenfalls natürlich vor; 39K und 41K sind stabile Isotope, während 40K ein radioaktives Isotop mit einer langen Halbwertszeit von 1,250 x 109 Jahren ist.

Weitere Informationen über Kalium

1. Natürlich vorkommendes Kalium

Kalium selbst kommt in der Natur nicht vor. In Form einer Vielzahl von Verbindungen macht Kalium jedoch etwa 2,6 % der Erdkruste aus und ist damit das siebthäufigste Element in der Erdkruste

Die Kalium-Ressourcen für industrielle Rohstoffe werden meist als Kaliumchlorid extrahiert.

2. Gewinnung von Kalium

Reines metallisches Kalium wird durch Elektrolyse von Kaliumhydroxid gewonnen. Kaliumsalze können auch aus kaliumhaltigen Erzen wie Carnallit, Langbeinit, Polyhalit und Kali-Steinsalz gewonnen werden. Kaliumsalze werden von Magnesium- und Natriumverbindungen getrennt.

Eine weitere wichtige Quelle für Kalium ist das Meer, dessen Kaliumgehalt jedoch im Vergleich zu Natrium sehr gering ist. Der Grund dafür ist, dass Kalium vom Boden adsorbiert und von den Pflanzen aufgenommen wird.

3. Gefahren von metallischem Kalium

Metallisches Kalium reagiert heftig mit Wasser und hat genug Hitze, um den entstehenden Wasserstoff zu entzünden. In Gegenwart von Sauerstoff ist es außerdem gefährlich, weil es explodieren kann.

Feine Kaliumpartikel entzünden sich an der Luft, und auch das lose Metall entzündet sich beim Erhitzen. Beim Umgang mit metallischem Kalium sollte ein vollständiger Augen- und Hautschutz sowie eine explosionssichere Barriere dazwischengeschaltet werden.

Was ist Kadmium?

Kadmium ist ein metallisches Element mit der Elementnummer 48 und in der natürlichen Umwelt weit verbreitet, unter anderem in Mineralien und im Boden. Kadmium ist in der Erdkruste verteilt und wird durch natürliche Phänomene wie die Verwitterung von Gestein in die Umwelt freigesetzt, so dass natürlich vorkommendes Kadmium im Boden und im Wasser zu finden ist. Kadmium ist dem Zink chemisch ähnlich, kommt aber nicht allein, sondern zusammen mit Zinkmineralen, insbesondere Sphalerit (ZnS) und Zinkcarbonat (ZnCO3), vor. Verschiedene Lebensmittel und Gewässer enthalten Spuren von Kadmium, da es während des Wachstums von Pflanzen und Tieren aus dem Boden und dem Wasser aufgenommen wird.

Der Verzehr von Lebensmitteln mit hohen Kadmiumkonzentrationen über Jahre hinweg kann zu Nierenfunktionsstörungen führen.

Anwendungen von Kadmium

Kadmium ist ein Metall mit silbrig-weißem Glanz, das sehr dehnbar und leicht zu verarbeiten ist.

Als Metall wird es u. a. für Legierungen, die Galvanisierung von Eisen und anderen Metallen, Elektrodenplatten für Akkumulatoren, Steuerstäbe von Kernreaktoren, Lötzinn, Silberlot und Fernsehkathodenstrahlröhren verwendet. Als Verbindung wird Kadmiumgelb als Rohstoff für Pigmente verwendet, z. B. in Van Goghs Sonnenblumen.

Weitere Verwendungszwecke sind Katalysatoren, Batterien, Stabilisatoren für Vinylchloridharz und als Färbemittel für Keramiken.

Eigenschaften von Kadmium

Kadmium hat ein Atomgewicht von 112,411, einen Schmelzpunkt von 321 °C und einen Siedepunkt von 765 °C. Es hat ein spezifisches Gewicht von 8,65 bei 25 ºC und ist unlöslich in Wasser. In unverschmutztem Flusswasser soll es in einer Konzentration von 0,02-0,1 µg/L und in Meerwasser in einer Konzentration von 0,05-0,11 µg/L vorhanden sein.

Struktur von Kadmium

Die Kristallstruktur von Kadmium ist hexagonal.

Weitere Informationen über Kadmium

Verbindungen von Kadmium

Zu den Cadmiumverbindungen gehören:

Kadmiumoxid (CdO)
Ein brauner Feststoff mit einem Molekulargewicht von 128,41, einem spezifischen Gewicht von 8,15 und der CAS-Nummer 1306-19-0. Zu den Verwendungszwecken gehören Zusätze für Kadmium-Beschichtungsbäder, Pigmente, Katalysatoren und Alkalibatterien.

Kadmiumchlorid (CdCl2)
Fest, Molekulargewicht 183,32, Schmelzpunkt 568 °C, CAS-Nummer 10108-64-2. Es wird unter anderem zur Beschichtung und Katalyse verwendet.

Kadmiumsulfat (CdSO4)
Ein weißer Feststoff mit einem Molekulargewicht von 209,47, einem spezifischen Gewicht von 4,691, einem Schmelzpunkt von 1000 °C und einer CAS-Nummer von 10124-36-4. Zu den Anwendungen gehören analytische Reagenzien und Kadmium-Batterien.

Kadmiumsulfid (CdS)
Gelber Feststoff mit einem Molekulargewicht von 144,48 und der CAS-Nummer 1306-23-6. Er ist bekannt als das Pigment Kadmiumgelb.

Kadmiumtellurid (CdTe)
Ein schwarzer Feststoff mit einem Molekulargewicht von 240,00, einem spezifischen Gewicht von 6,2, einem Schmelzpunkt von 1041 °C und einer CAS-Nummer von 1306-25-8. Er wird in Solarzellen verwendet.

Kadmiumselenid (CdSe)
Ein schwarzer Feststoff mit einem Molekulargewicht von 191,37, einem spezifischen Gewicht von 5,81 und einer CAS-Nummer von 1306-24-7. Er wird unter anderem für Pigmente verwendet.

Verfahren zur Herstellung von Kadmium

1. Die allgemeine Herstellung von Kadmium erfolgt in folgenden Schritten:
2. Die Gaswaschflüssigkeit, die in der Ausschlussvorrichtung beim Sintern von Zink und Blei entsteht, wird mit Hilfe eines Verdickers oder Ähnlichem von der Fest-Flüssig-Fraktion getrennt.
3. Der dabei entstehende Überlauf wird mit einem Ionenaustauscherharz in Kontakt gebracht, um das Kadmium zu konzentrieren und eine regenerierte kadmiumhaltige Lösung zu erhalten.
4. Die regenerierte Flüssigkeit wird mit Natriumcarbonat o. ä. neutralisiert und die Feststoffe werden getrennt, um Kadmium als Kadmiumcarbonat zu gewinnen.
5. Nach dem Auflösen des Kadmiumcarbonats mit Schwefelsäure und dem Entfernen der unlöslichen Bestandteile werden Rohkadmium und elektrolytisches Zink in die Kadmiumsulfatlösung gegeben, um durch eine Zementierungsreaktion Schwammkadmium zu erhalten.
6. Der Kadmiumschwamm wird aufgelöst, um Rohkadmium zu erhalten, das anschließend destilliert wird, um destilliertes Kadmium zu erhalten.

Gesundheitliche Auswirkungen von Kadmium

Die tödliche orale Dosis von Kadmium für den Menschen wird auf 350 bis 3500 mg geschätzt. Eine chronische Vergiftung mit Kadmium wird als Hauptursache für die Itai-itai-Krankheit angesehen, die zu Osteomalazie führt. Hinsichtlich der Karzinogenität stuft die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) Cadmium in ihrer Klassifizierung als 2A (sehr wahrscheinlich krebserregend für den Menschen) ein.