Der Laserprüfstand arbeitet mit einem 3,3 kW-Diodenlaser mit den Wellenlängen 980 nm und 1030 nm. Der Laserstrahl wird über einen Lichtwellenleiter in die Prüfkammer geleitet und über eine Fokussieroptik divergent aufgeweitet. In den Strahlengang des Lasers wird ein Quotientenpyrometer mit den Messwellenlängen 750 µm und 1100 µm eingekoppelt, mit dem die Oberflächentemperatur der Probe in situ gemessen werden kann. Je nach Abstand Laseroptik-Probe ist ein Laserspotdurchmesser von etwa 10 mm bis 30 mm möglich. Daraus ergibt sich, je nach Absorptionsgrad der Oberfläche, eine maximale Wärmestromdichte von etwa 30 MW/m².
Die Laserleistung kann entweder konstant vorgegeben werden oder über eine voreingestellte Solltemperatur der Probenoberfläche geregelt werden. Der Messbereich und damit der Bereich der möglichen Oberflächentemperatur für den geregelten Betrieb beträgt 500°C bis 1500°C.
Nach jedem Laserversuch kann die Probe automatisch in Flüssigkeiten wie z.B. Wasser eingetaucht werden, um auch bei der Abkühlung eine Schockbeanspruchung zu erzielen.
Für die Versuche eignen sich alle Materialien, die die verwendete Laserstrahlung hinreichend absorbieren können, beispielsweise Metalle. Einige keramische Werkstoffe wie beispielsweise Zirkonoxid-Wärmedämmschichten müssen vor dem Versuch geschwärzt werden.
Ein Vorteil des Quotientenpyrometers ist die Messung unabhängig vom Absorptionsgrad der Oberfläche. Dies gilt jedoch nur, wenn der Absorptionsgrad für beide Messwellenlängen gleich ist. Ansonsten muss er entweder gemessen werden, oder es muss für die gemessene Oberflächentemperatur vorab ein Korrekturfaktor bestimmt werden.
Fiedler et al. (2020): Mechanical Integrity of Thermal Barrier Coatings: Coating Development and Micromechanics.
Fiedler et al. (2019): A new Metallic Thermal Barrier Coating System for Rocket Engines: Failure Mechanisms and Design Guidelines.
Fiedler et al. (2017): Damage mechanisms of metallic HVOF-coatings for high heat flux application.
Schloesser at al. (2011): Laser cycling and thermal cycling exposure of thermal barrier coatings on copper substrates.