Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (MVT)

Hetero-Aggregation of fine particles in Supersonic flow for the tailor-made surface coating

Funding: DFG

Contact: Luca Schaedler

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und die Beschreibung eines Hetero-Aggregationsprozesses verschiedener Submikronpartikel durch Mischen und Desublimation in einer Überschallströmung für maßgeschneiderte Oberflächenbeschichtungen mit experimentellen und theoretischen Untersuchungen. Zu diesem Zweck werden Hetero-Aggregate in der Gasphase durch einen heterogenen Desublimationsprozess hergestellt. Ein pulverförmiges Material wird in der Gasphase durch einen leistungsstarken Rohrofen sublimiert, bevor das Gas in einer Lavaldüse zu einer Überschallströmung expandiert wird. Durch die starke Druck- und Temperaturabsenkung wird die Gasphase übersättigt und dieses Material desublimiert an Keimpartikeln, die in einen Rückströmungsbereich der Expansionskammer gegeben werden und so in den Bereich der größten Übersättigung transportiert werden. Das Mischverhalten der Komponenten, sowie deren Form und Größe bestimmt das Ergebnis des Aggregationsprozesses. Es werden Experimente mit TiO2, Al2O3, SiO2 und Hydroxylapatit (HO) als Keimpartikel und Kupfer-Phthalocyanin, Paliogen Rot L4120 und Silber als Beschichtungsmaterial durchgeführt. Die erzeugten Heteroaggregate werden entsprechend ihrer Größenverteilung mittels Scanning Mobility Particle Spectrometer (SMPS) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Der 3D- Light Scattering Sensor wird für die Online-Messung der Partikelform verwendet. Das komplexe Strömungsverhalten wird durch skalenübergreifende Simulationen mit CFD und der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) untersucht. Das Deformations- und Bruchverhalten wird mit Nanoindentation gemessen und mit der DEM simuliert. Die formulierte Hetero-Aggregate werden in diesem Projekt für die Erzeugung von Hetero-Beschichtungen durch einen strahlbasierten Abscheidungsprozess verwendet. Die funktionellen Eigenschaften der Oberfläche werden durch Nanoindentation der erzeugten porösen Beschichtungen bestimmt.

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