Aufheizraten

Aufheizraten bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur eines Systems während eines thermischen Experiments erhöht wird. Übliche Einheiten sind Kelvin pro Minute (K/min) oder Grad Celsius pro Minute (°C/min). In der Thermanalyse dienen Aufheizraten als kontrollierter Rampenpfad, der es ermöglicht, Temperaturabhängigkeiten von Materialeigenschaften zu untersuchen.

In Instrumenten wie Differential-Scanning-Calorimetrie (DSC), Thermogravimetrie (TGA) und der dynamischen Materialanalyse beeinflussen die Aufheizraten die beobachteten Phasenübergänge, Reaktions- und Zersetzungsprozesse. Höhere Aufheizraten verschieben Endothermen und Exothermen zu höheren Temperaturen, können Peakbreiten beeinflussen und die Aktivierungsenergien von Reaktionen verzerren, da die Zeit für Reaktionsläufe begrenzt ist. Der Wärmefluss hängt von der Probengeometrie, der Wärmeleitfähigkeit und der Ankopplung an das Heizelement ab, was zu Temperaturgradienten führen kann.

Zur Bestimmung von kinetischen Größen werden oft mehrstufige Aufheizraten verwendet. Die Kissinger-Methode und das Flynn–Wall–Ozawa-Verfahren nutzen Messungen mit unterschiedlichen Aufheizraten, um Aktivierungsenergien abzuleiten oder Reaktionsordnungen abzuschätzen.

Typische Anwendungen betreffen Polymer- und Kerammaterialien, Legierungen, Verbundstoffe und chemische Reaktionen. Praktisch ist die Wahl des Aufheizraten ein Kompromiss: zu hoch, und Artefakte aus Wärmelag oder unvollständiger Wärmeleitfähigkeit treten auf; zu niedrig, und Messungen dauern lange und sind anfällig für Umwelteinflüsse. Aufheizraten geben sozusagen die zeitliche Temperaturgeschichte eines Experiments vor.