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An application of external magnetic field induced Lorentz force in the stirring process of oxide melts is a well-known industrial method. In this case not only the thermal convection caused by direct (thermal) and indirect (Joule) heating is present but also a contribution of Lorentz force which is used to intensify the stirring process. - A prediction of experimentally reasonable conditions - temperature range etc. could face various difficulties if a material with non-linear physical propertzies is used. In our present publication we discuss the results we have grained in ANSYS CFX simulations of an opaque glass melt in 2D approximation.

Die steigenden Anforderungen an die Qualität von technischen Gläsern sowie der Trend zur Kostenreduzierung führen zu einer stetigen Verbesserung der Glasproduktion, aber auch zu immer neuen Glaszusammensetzungen. Die damit verbundenen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften wirken sich unmittelbar auf die Herstellungsparameter aus. Die Kenntnis und die Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in einem Schmelzaggregat sind daher von großer Bedeutung, um eine gute Homogenität der Glasschmelze und der daraus hergestellten Produkte zu gewährleisten. In dem vorliegenden Beitrag wird die Möglichkeit der berührungslosen und von den Glasschmelzprozess bestimmenden Parametern unabhängig steuerbaren Strömungsbeeinflussung durch elektro-magnetisch erzeugte Lorentzkräfte aufgezeigt. Der Nachweis der Effekte erfolgt mittels in-situ gemessenen Temperaturverteilungen und durch Visualisierung der Glasbadströmungen mit Hilfe von färbenden Ionen. Eine weitere Aufklärung über die Strömungsverhältnisse wird durch die Ergebnisse dreidimensionaler numerischer Simulationen mit dem selbstentwickelten Simulationsprogramm PROMETHEUS und der kommerziellen Software zur Strömungsberechnung FLUENT gegeben.

Hochfrequente elektromagnetische Felder im Mikrowellenbereich sind als Folge notwendiger Kommunikationstechniken (Satellitenfernsehen, Mobilfunk, WLAN-Technologien), Messtechniken (Radar für Verkehrs- und Luftüberwachung) und nicht verhinderbarer Abstrahlungen von Mikrowellentechniken (Mikrowellenerwärmung, -trocknung, -sintern, -kleben bis hin zu medizinischen Anwendungen) in unserer Umwelt mit unterschiedlicher Intensität und Frequenz vorhanden. Diesen Feldern sind alle biologischen Systeme ausgesetzt. Des Weiteren hat die verbreitete Anwendung von Elektronik zum effizienteren Betrieb (Steuerung/Regelung) industrieller Verfahren, von Medizintechnik, Bürotechnik, Kraftfahrzeugen bis zu Haushaltgeräten deutlich zugenommen. Um die bereits anstehenden und die zukünftigen Anforderungen bezüglich der Minderung von elektromagnetischen Strahlenbelastungen in Räumen und von Geräten - vorrangig im Frequenzbereich 1 bis 10 GHz, zu erfüllen - werden werkstoffliche Ansätze [1] zu neuen Abschirmmaterialien untersucht, die elektromagnetische Abschirmung durch ausgeprägte HF-absorbierende und reflexionsarme Eigenschaften ermöglichen. Diese neuen Abschirmmaterialien sind ferrimagnetische Verbundmaterialien, die nanoskalige, AII/BIV-dotierte Bariumhexaferritpulver enthalten. Das Bariumhexaferritpulver wird mit der Glaskristallisationstechnik im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3 hergestellt, einer cellulosischen Spinnlösung zugegeben und versponnen. Man erhält flexible Fasern oder Filamente, die textil zu Geweben und Vliesen weiterverarbeitet oder auch einzeln verwendet werden können. Solche Verbundmaterialien müssen keiner weiteren Temperaturbehandlung zur Ausbildung der funktionalen Eigenschaften unterzogen werden. Sie bleiben hochelastisch. Die erforderlichen unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften der Verbundmaterialien wird durch Modifizierung der zugesetzten Pulver eingestellt. Die maßgeschneiderte Anpassung der Bariumhexaferritpulver an EMS-Applikationen gelingt mittels partieller Substitution von Fe3+-Ionen durch geeignete AII/BIV-Dotierungen (Co2+/Ti4+, Mn2+/Ti4+, Co2+/Ru4+) bei gleichzeitiger Veränderung der Schmelz- und Kristallisationsbedingungen (Aufheizrate, Schmelz- und Tempertemperatur, Temperzeit). Dadurch wird die Verteilung des Kations Fe3+ in den fünf Untergittern des Bariumhexaferrites so verändert werden, dass die Sättigungsmagnetisierung MS steigt, aber die Koerzitivfeldstärke JHc und somit die intrinsische Anisotropie sinkt. Weiterhin wird die hohe natürliche ferromagnetische Resonanzfrequenz hexagonaler Ferrite reduziert und an die Frequenz des zu absorbierenden Feldes angepasst. - Im Beitrag werden ausgewählte Pulvermodifizierungen hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus, der Phasenverteilung und bezüglich der statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften vorgestellt und diskutiert. Die veränderten statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften werden an Materialmustern mit einem Vibrationsprobenmagnetometer bzw. mittels magnetischer Spektroskopie in Koaxialmesszellen bis 10 GHz nachgewiesen.