Cryogenic im Instrumentenbau

[Dumbledore]

JEDE Legierung bildet Kristalle aus.... nicht nur Stahl.

*LOL*, als ob davon die Rede gewesen wäre. Du hast wirklich keine Ahnung von der Materie, versuchst hier aber irgendwie die Kurve zu kriegen .... naja, ist ja vom Menschlichen her verständlich *GGG*

 

[smartin]

Bitte was?! Ich habe das studiert

Was Du da in nem Seminar lernst, war auch mal mein Lehrberuf!

Ich versuche das nur von Anfang an auch für Leute verständlich zu machen, weshalb ich nicht mit Martensit-Strukturen anfange (die hier ja auch nirgendwo vorkommen), sondern das einfach erstmal anhand von kristallinen Strukturen zu verdeutlichen.
Selbstverständlich muss man dabei Begriffe verwenden, die jeder versteht - aber das führt immerwieder zu Schlaumeier-Korrekturen... ekelhaft! Mich fragt hier ja niemand nach einem wissenschaftlichen Beitrag, sondern nach Kommentaren - ich fange dann nicht mit Quellzitaten und Hochschulwissen an.

Falls Du Dir das jetzt einfach mal durchließt, wirst Du auch feststellen, dass ich leider recht hab

Wenn Du so viel mehr weißt als ich, dann kläre uns doch bitte über die Funktion des Tempern und der Kältebehandlung beim KUPFERDRAHT auf, statt hier von Stahlgebilden anzufangen, die damit nicht die Bohne zu tun haben.


Die beiden von mir geposteten Links erklären schonmal, dass Du unrecht hast und es eben eine Kristallbildung ohne Stahl gibt! Also whats your f* problem?

Das Ergebnis bei Niedrigtemperaturen und beim Tempern ist beim Stahl auch ähnlich dem vom Kupferdraht - nämlich die verfeinerte Kritallstruktur. Wenn wir uns das ganze unter dem Mikroskop ansehen passieren dabei in beiden Materialien natürlich unterschiedliche Dinge. Dennoch verbessern wir die Leitfähigkeit und Verformbarkeit.


Und selbstverständlich war die Rede von Kristallstrukturen im Draht der Kupferspule! Dieser Draht ist eine Legierung, was Du als "Fachmann" ja eigentlich hättest wissen müssen - aber da kam mir jetzt mal wieder nen Schlaumeier quer, der irgendwo mal mit nem Ohr hingehört hat und meint das stimmt alles nicht.

Und falls jetzt kommt "ABÄ VON LEGIERUNG WÄR KÄNE RÄÄÄDE" ....ja leider schon... aber das muss man natürlich wissen, wenn man sich einmischt.


Ich frage mich immer wieder: Was wollt ihr eigentlich mit solchen nahezu kriegerisch provozierenden "Nein das stimmt nicht"-Kommentaren, statt einfach mal etwas zum Wissen beizutragen. Wenn Du anderer Meinung bist, hätte ich hier schönes Fachwissen zur Kupferkristallisation erwartet....

 

[Dumbledore]

Bitte was?! Ich habe das studiert

Sollte ich jetzt beeindruckt sein?

Was Du da in nem Seminar lernst, war mal mein Beruf!

Du verwechselst da was. Ich lerne dort nicht, ich trage vor.

So, jetzt isses genug.

 

[smartin]

Sollte ich jetzt beeindruckt sein?

Das ist mit ziemlich egal, was Du bist... aber Du unterstellst mir keine Ahnung von Metallen zu haben

Du verwechselst da was. Ich lerne dort nicht, ich trage vor.

Dann wäre deine Off-Topic-Diskussion über Reinmetalle (in der Praxis nicht vorkommend) hier ja eigentlich unnötig gewesen.

Und sorry... wir reden hier über Praxisanwendung und waren ja auch schon bei Kupferdrahtspulen, als Du mit Stahlkrempel dazwischen kamst.

 

[Be.eM]

Cryo… offensichtlich das heißeste Thema, seit es Kältebehandlung gibt…

 

[rowsi]

Es gibt keine Definition in der Physik die "nahe dem absoluten Nullpunkt" beschreibt. Das ist jetzt doch rein aus dem Bauch heraus argumentiert.

Da es laut dir keine Definition gibt, ist nach deiner Logik deine Position dazu genau so angreifbar wie meine.

Und auch wenn es keine Definition gibt, so macht es von der Wortwahl her keinen Sinn bei 77 K Differenz von "Nähe" zu sprechen. 77 °C sind genau so nahe am Gefrierpunkt von Wasser.

Ist das "nah"? Meines Erachtens nicht.

Man sollte sich nur bewusst sein, dass es im Rahmen dieser Diskussion reine, pardon, Klugscheißerei ist.

Ich habe lediglich die Implikation von Burkis Beitrag relativiert, welche ich als solche verstanden habe:

Wir nähern uns dem absoluten Nullpunkt -> am absoluten Nullpunkt passiert nichtsmehr -> bei Cryobehandlung passiert nichts!

Diese Argumentationskette, sofern ich Burkis Beitrag nicht falsch verstanden habe, ist schlichtweg falsch. Es passiert sehr wohl etwas in den Metallen, auch bei 77 K. Das hat nichts mit Klugscheisserei zu tun.

Bzgl. der Kristallgröße und Form passiert da also das gleiche wie im Stahl.....

So sehr mir sein Diskussionsstil, so wenig Stil der auch hat, misfällt, hat Dumbledore mit...

Nein, tut es nicht

recht.

Für den Laien ist der Unterschied zwar völlig belanglos, aber:

Im Kupfer wird die Kristallstruktur nicht verändert. Im Kupfer wandern Störstellen bzw. Defekte innerhalb der Kristallstruktur, die Kristallstruktur als solche bleibt unverändert.

 

[Zisko]

PS: Cryo erreicht nur -180 Grad... das ist also noch ganz weit von -271 entfernt.

Was verstehst du denn unter Cryo? Im Klimalabor erreichen wir -220. Ist das jetzt Ultra-Cryo?

 

[smartin]

Für den Laien ist der Unterschied zwar völlig belanglos, aber:

Im Kupfer wird die Kristallstruktur nicht verändert. Im Kupfer wandern Störstellen bzw. Defekte innerhalb der Kristallstruktur, die Kristallstruktur als solche bleibt unverändert.

Okay, das stimmt natürlich absolut! vielleicht war "verfeinerte Struktur" hier ein wenig zu allgemein formuliert von mir.

Man bekommt allerdings auch eine veränderte, reinere Struktur beim Tempern - aus diesem Grund wird die Leitfähigkeit und Verformbarkeit auch bei Kupferlegierungen verbessert. Das passiert, indem die Kristalle vergrößert werden und Fremdstoffe somit an den Kristallrand wandern. Das ist dann der Punkt, wo unsere beiden Aussagen zusammen kommen.
Hier hat eine Firma das nochmal mit einfachen Worten beschrieben: https://www.crystec.com/kllcuad.htm

Ob das im gleichen Maße auch bei Tiefkühlbehandlung passiert kann ich nicht sagen.... im Allgemeinen ist der Endeffekt aber identisch.


Der ganze Prozess findet übrigens auch bei niedrigen Temperaturen statt - ja sogar bei Zimmertemperatur. Allerdings dauert das entsprechend länger.... Ist aber ein Grund, warum alter Draht einen anders klingenden Pickup erzeugt. Nun kann man den natürlich teuer aus irgendwelchen Restposten kaufen, oder eine Spule einfach einen Tag bei 50 Grad in den Ofen packen - das ist absolut identisch! Bei der Dauerlagerung gibt es nur das Risiko der spröden Isolierung

Was verstehst du denn unter Cryo? Im Klimalabor erreichen wir -220. Ist das jetzt Ultra-Cryo?

Cryo ist alles, was in einem Cryostaten statt findet. Beim "Instrumentencryo" wird aber ohne Vakuum und ohne Reinraumbedingungen gearbeitet. Da ist mehr nicht zu schaffen.

 

[rbur]

Nun kann man den natürlich teuer aus irgendwelchen Restposten kaufen, oder eine Spule einfach einen Tag bei 50 Grad in den Ofen packen - das ist absolut identisch

Pass auf dass nicht einer kommt, der das mit Trockenkammer vs. natürlich getrocknet beim Holz vergleicht.

 

[InTune]

hmm, Metall Kistalle? Sind das am Ende nicht alles Kugeln mit mehr oder weniger Nahordnung?
...Nähe zu absoluten Nullpunkt? Da ist es bestimmt ziemlich einsam! ...aber letztlich alles nur eine Frage der Perspektive... aber hat das bei Cryotuning überhaupt eine Relevanz? Ich bin noch nicht mal davon überzeugt, dass das Ganze überhaupt einen vorhersagbaren Effekt verursacht... "je kälter desto geiler" ist dann eine reine Hypothese ohne irgend einen Anhaltspunkt.

 

[smartin]

hmm, Metall Kistalle? Sind das am Ende nicht alles Kugeln mit mehr oder weniger Nahordnung?

Bitte nicht noch eine Kristall-Diskussion - aber ja, eigentlich stimmt das so.

Ich bin noch nicht mal davon überzeugt, dass das Ganze überhaupt einen vorhersagbaren Effekt verursacht... "je kälter desto geiler" ist dann eine reine Hypothese ohne irgend einen Anhaltspunkt.

Da hast Du absolut recht... ich verkaufe das ja sogar, aber die schlimmste Frage die jemand stellen kann ist: "wie klingts danach" - tja... weiß man nicht

Manchmal passiert sogar nur sehr wenig, was dann besonders bitter ist bei der hohen Rechnung.

 

[boisdelac]

Okay, das stimmt natürlich absolut! vielleicht war "verfeinerte Struktur" hier ein wenig zu allgemein formuliert von mir.

Man bekommt allerdings auch eine veränderte, reinere Struktur beim Tempern - aus diesem Grund wird die Leitfähigkeit und Verformbarkeit auch bei Kupferlegierungen verbessert. Das passiert, indem die Kristalle vergrößert werden und Fremdstoffe somit an den Kristallrand wandern. Das ist dann der Punkt, wo unsere beiden Aussagen zusammen kommen.
Hier hat eine Firma das nochmal mit einfachen Worten beschrieben: https://www.crystec.com/kllcuad.htm

Ob das im gleichen Maße auch bei Tiefkühlbehandlung passiert kann ich nicht sagen.... im Allgemeinen ist der Endeffekt aber identisch.


Der ganze Prozess findet übrigens auch bei niedrigen Temperaturen statt - ja sogar bei Zimmertemperatur. Allerdings dauert das entsprechend länger.... Ist aber ein Grund, warum alter Draht einen anders klingenden Pickup erzeugt. Nun kann man den natürlich teuer aus irgendwelchen Restposten kaufen, oder eine Spule einfach einen Tag bei 50 Grad in den Ofen packen - das ist absolut identisch! Bei der Dauerlagerung gibt es nur das Risiko der spröden Isolierung





Cryo ist alles, was in einem Cryostaten statt findet. Beim "Instrumentencryo" wird aber ohne Vakuum und ohne Reinraumbedingungen gearbeitet. Da ist mehr nicht zu schaffen.

Hi SMartin

Du weisst schon, dass das in deinem Link genannte Unternehmen die Kupferbahnen auf den Wavern bei Temperaturen über 100 Grad C tempert? Da ist das Magnetfeld Deiner Pickups aber schon in den ewigen Jagdgründen.

Noch etwas ... Beim Tiefkühlen mit flüssigem Stickstoff wird nie im Vacuum gearbeitet. Würde flüssiger Stickstoff in ein Vacuum eingebracht, verdampft dieser explosionsartig. Was das Unternehmen beschreibt, ist dass in einer Schutzgas-Atmosphäre aus Stickstoff gearbeitet wird, das hat aber nichts mit Cryotechnik zu tun.

Liebe Grüße aus wildesten Süden

Boisdelac

 

[Statler]

Muss man sich bei Meinungsverschiedenheiten gegenseitig eigentlich immer gleich die Qualifikation aberkennen, oder ist es auch möglich, inhaltsbezogen und sachlich mit Hilfe von fachlichen Argumenten zu diskutieren?

 

[smartin]

Du weisst schon, dass das in deinem Link genannte Unternehmen die Kupferbahnen auf den Wavern bei Temperaturen über 100 Grad C tempert? Da ist das Magnetfeld Deiner Pickups aber schon in den ewigen Jagdgründen.

Es ging ja nur um die theoretische Beschreibung des Verfahrens. Ich (und Burki) schrieben ja von niedrigen Temperaturen, die absolut ausreichend sind (ich verwende 50 Grad). Dauert eben etwas länger, während 100 Grad das wesentlich schneller machen.

Noch etwas ... Beim Tiefkühlen mit flüssigem Stickstoff wird nie im Vacuum gearbeitet. Würde flüssiger Stickstoff in ein Vacuum eingebracht, verdampft dieser explosionsartig. Was das Unternehmen beschreibt, ist dass in einer Schutzgas-Atmosphäre aus Stickstoff gearbeitet wird, das hat aber nichts mit Cryotechnik zu tun.

Doch, es wird auch mit Vakuum gearbeitet. Das Vakuum kommt dabei durch Mehrkammersystem nicht mit dem Stickstoff in Berührung. Die Firma www.specs.de erreicht somit z.B. -269 Grad Celsius an ihren Proben. Habe dort mal Tunnelstrommikroskope gebaut und die werden in Kryostaten betrieben.

Per Definition ist das Wort übrigens ziemlich allgemein: "Als Kryostat (griechisch κρυος ‚kalt') wird ein Kühlgerät bezeichnet, mit dem sehr tiefe Temperaturen erreicht und konstant gehalten werden können. Anwendung finden Kryostaten u. a. in der Tieftemperaturphysik, der Supraleittechnik und zur Kühlung von Infrarot-Detektoren." (Wikipedia)

 

[rowsi]

hmm, Metall Kistalle? Sind das am Ende nicht alles Kugeln mit mehr oder weniger Nahordnung?

Bitte nicht noch eine Kristall-Diskussion - aber ja, eigentlich stimmt das so.

Bitte verzeiht mir die Offtopic- und auch Kristalldiskussion ( ich trage auch noch etwas zum Thema bei ), aber ich liebe die anorganische Chemie und kann das so nicht stehen lassen

Ja, Metalle bilden tatsächlich Kristallstrukturen aus.
Nein, es sind nicht alles Kugeln mit Nahordnung.

Kupfer kristallisiert in kubisch flächenzentrierten Elementarzellen. Elementarzellen sind, salopp gesagt, die kleinsten "regelmäßigen" Bausteine eines Kristalls.

Stellt es euch wie einen Legoturm aus lauter 4x4 Steinchen vor. Der 4x4 Stein in der Basis sieht genau so aus wie der 4x4 Stein, der 100 Steinchen weiter oben sitzt. Alle 4x4 Steinchen sind gleich groß und sehen gleich aus. Ein 4x4 Steinchen ist eine Elementarzelle. Es herrscht also eine FERNordnung (natürlich auch Nahordnung) im Kristall.


(Quelle: http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_3/illustr/bravais2.gif [16.06.2014])
So sieht ungefähr eine kubisch flächenzentrierte Elementarzelle aus: 8 Kupferatome auf den Ecken und 6 auf den Würfelflächen ( Eigentlich 8 x 1/4 Kupferatome auf den Ecken und 6 x 1/2 Kupferatome auf den Würfelflächen ).

Verzeiht mir bitte

Der ganze Prozess findet übrigens auch bei niedrigen Temperaturen statt - ja sogar bei Zimmertemperatur. Allerdings dauert das entsprechend länger.... Ist aber ein Grund, warum alter Draht einen anders klingenden Pickup erzeugt. Nun kann man den natürlich teuer aus irgendwelchen Restposten kaufen, oder eine Spule einfach einen Tag bei 50 Grad in den Ofen packen - das ist absolut identisch! Bei der Dauerlagerung gibt es nur das Risiko der spröden Isolierung

Ich habe im Zuge dieser Diskussion ein wenig die Datenbanken unserer Hochschule bemüht. Es wurden schon einige Paper zu den mechanischen und elektrischen Eigenschaften von bei 77 K behandeltem Kupfer publiziert.

Einerseits lässt sich, wenn man Kupfer (Oxygen-free Copper, OFC) bei 77 K, also unter Kühlung mit flüssigem Stickstoff, verformt, eine höhere mechanische Belastbarkeit bei Raumtemperatur erzielen, als wenn man das Kupfer bei Raumtemperatur direkt verformt. Weiterhin lässt sich beobachten, dass, je größer die mechanische Belastung des OFC bei 77 K (oder auch Raumtemperatur ist), desto größer ist die mechanische Belastbarkeit des resultierenden OFC bei Raumtemperatur.

Jetzt der interessante Teil:

Die Verformung hat natürlich auch einen Einfluss auf die Leitfähigkeit des resultierenden OFC. Es lässt sich ein Zusammenhang zwischen der mechanischen Belastung während der Verformung und der Leitfähigkeit des resultierenden OFC feststellen.
Ein bei 77 K und geringer mechanischer Belastung verformtes OFC hat eine Leitfähigkeit von 103% verglichen mit dem IACS (International Annealed Copper Standard). Das bei höchster (im gelesen Artikel) mechanischer Belastung verformte OFC hatte "nur" eine Leitfähigkeit von 96% relativ zum IACS.

Es ließe sich also ggf. ableiten, dass man mit bestimmten, bei 77 K hergestellten Kupferdrähten die Eigenschaften von "altem" Kupferdraht direkt bei Herstellung erhalten könnte. Und das Problem einer spröden Isolierung, da diese ja nachträglich aufgetragen wird, gäbe es auch nicht.

Inwiefern das aber wirtschaftlich ist, ist die ganz andere Frage

EDIT: Meine Quellen für die aufgestellten Behauptungen:

[1] Kalia S., Cryogenic Processing: A Study of Materials at Low Temperatures, J. Low Temp. Phys., 158, 934-945
[2] Bettinali L., Tosti S., Pizzuto A.; Mechanical and Electrical Properties of Cryo-worked Cu, J. Low Temp. Phys., 174, 64-75

 

[smartin]

Großen Dank!!!

SO trägt man seine Kritik oder Ergänzung zu einer unvollständigen fachlichen Tiefe bei!

Vielen Dank! Hast Du zufällig auch gefunden, WARUM das dann so passiert mit dem Kupfer? Das wäre nämlich eine Wissenslücke bei mir, die ich gern geschlossen hätte.
Also was chemisch bei der Kältebehandlung im Kupfer passiert, dass Leitfähigkeit und Verformbarkeit verbessert werden.

Die Wirtschaftlichkeitsfrage kann Ich Dir wiederum beantworten... es ist zumindest wirtschaftlicher den Draht zu behandeln, als ihn zu lagern. Die entscheidende Frage ist aber, ob der klangliche Unterschied nicht auch mit einem anderen Drahtdurchmesser bzw. einer anderen Drahtzusammensetzung oder einfach mit einer anderen Wicklungszahl erreicht werden kann.

Ich würde sagen JA, allerdings ist künstlicher gealterter Draht schon gealtert und wird seine Eigenschaften in weiteren 20 Jahren Einsatz nicht mehr deutlich ändern. Ein Neudraht dagegen schon.

Jetzt wäre noch die Frage, wie alt so ein Draht eigentlich sein müsste, wenn er nicht künstlich gealtert wird.... tja... das weiß man nicht

 

[rowsi]

Vielen Dank für die Blumen

Hast Du zufällig auch gefunden, WARUM das dann so passiert mit dem Kupfer? Das wäre nämlich eine Wissenslücke bei mir, die ich gern geschlossen hätte.

Dafür habe ich auch schon ein paar Quellen parat, aber habe noch keine Zeit gehabt mir das ganze durchzulesen. Und da ich erstmal einen Vortrag für Montag vorbereiten muss, muss ich das erstmal hinten dran schieben. Aber ich melde mich zurück, wenn ich mehr darüber weiß!

Die Wirtschaftlichkeitsfrage kann Ich Dir wiederum beantworten... es ist zumindest wirtschaftlicher den Draht zu behandeln, als ihn zu lagern. Die entscheidende Frage ist aber, ob der klangliche Unterschied nicht auch mit einem anderen Drahtdurchmesser bzw. einer anderen Drahtzusammensetzung oder einfach mit einer anderen Wicklungszahl erreicht werden kann.

Ich glaube ich habe die Quellen nicht genau genug wiedergegeben, weil ich glaube, dass du mich hier misverstehst:

Es geht in der Quelle 2 explizit um Kupfer, das während der Kühlung auf 77 K bearbeitet wurde. Das bedeutet, dass wenn wir Kupferdraht mit den in der Quelle nachgewiesenen Eigenschaften haben wollen (höhere Leitfähigkeit bei gleichzeitg größerer mechanischer Belastbarkeit bei Raumtemperatur), dann müsste dieser Kupferdraht auch bei 77 K hergestellt werden. Die Quellen machen (leider) keine Aussage darüber was genau mit dem Kupfer passiert, wenn man es nur kalt macht. Allerdings bin ich da weiter auf der Pirsch, da die zwei Quellen nur das Ergebnis von etwa 10 min Recherche waren

 

[rowsi]

Mir fällt gerade noch eine andere Sache ein:

In Zuge dieser Cryobehandlung wurde viel über Kristallstrukturen im Metall gefachsimpelt. Hat aber schonmal irgendwer daran gedacht zu hinterfragen, ob nicht vll. etwas mit den Magneten passiert (sei es AlNiCo oder Keramik)?

Noch ein Punkt auf meiner Nachforschungsliste

 

[smartin]

Bei der Temperaturbehandlung neigen AlNiCo's dazu an Stärke zu verlieren.

Keramische sind ziemlich unverwüstlich, allerdings muss man aufpassen, sie nicht zum Platzen zu bringen - das kann bei schnellen Wechseln der Temperatur passieren.

 

[rowsi]

Bei der Temperaturbehandlung neigen AlNiCo's dazu an Stärke zu verlieren.

Was bedeutet dies für einen AlNiCo-Pickup, der cryobehandelt wurde? Bzw. was bedeutet das generell für einen Tonabnehmer? Ist hier weniger Stärke des Magneten = weniger Output? Mehr Output? Da bin ich leider nicht im Bilde, wie sich die Wahl des Magneten auswirkt. Wäre interessant zu wissen, ob man dann abschätzen könnte, ob die Effekte, die das Kupfer betreffen in die selbe "Richtung" gehen, wie die Effekte bei der Behandlung des Magneten, oder ob die Gegenseitig laufen und sich in gewisser Weise gegenseitig aufheben

Das mit den unverwüstlichen Keramiken würde ich, nicht aus Unglaube, sondern aus Interesse, selbst nochmal nachgucken. Keramiken haben nämlich auch wieder Kristallstrukturen, da liegt der Verdacht nahe, dass sich da auch was tut.