Ultrafeines Beschichten von fluidisierten Partikeln mit Hilfe von Aerosol

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Evangelos Tsotsas
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452247553

Ummantelte Partikel für diverse Anwendungen werden meist durch Sprühen feststoffhaltiger Flüssigkeit auf mechanisch durchmischte oder fluidisierte Kerne hergestellt. Jeder Sprühtropfen, der sich auf die Oberfläche eines Kernpartikels absetzt, hinterlässt nach Verdunstung des Lösungs- bzw. Dispergiermittels (vorzugsweise Wasser) einen festen Abdruck. Jede solche Ablagerung ist ein Baustein der Beschichtung. Herkömmliche Sprühtropfen sind aber recht groß (typischerweise 40 µm mit Zweistoffdüsen), so dass daraus große Bausteine für dicke und grobe Beschichtungen entstehen. Radikal dünnere und feiner aufgelöste Beschichtungen (bis zur Nanoskala) ließen sich jedoch auf fluidisierten Partikeln durch den Einsatz von Aerosol (mit Tropfendurchmessern von 1 µm oder weniger) anstelle von gewöhnlichem Spray herstellen. Die Funktionsfähigkeit des entsprechenden innovativen Prozesses des Beschichtens in Aerosolwirbelschichten wurde vor kurzem an einem Prüfexperiment nachgewiesen. Darauf aufbauend, hat das gegenwärtige Projekt eine tiefgehende wissenschaftliche Untersuchung des neuartigen Prozesses als Ziel. Dies umfasst absatzweise durchgeführte Beschichtungsexperimente mit verschiedenen Betriebsparametern, Materialien und Bedingungen der Erzeugung und Zufuhr des Aerosols. Die Qualität der Beschichtung wird mittels Rasterelektronenmikroskopie und diverser Techniken der Bildauswertung eingehend charakterisiert im Hinblick auf Dickenverteilung einzelner Partikel, Dickenverteilung in der Partikelpopulation, mittlere Porosität, Porositätsverteilung sowie Porengrößenverteilung. Durch solche Datensätze unterstützt, wird ein stochastisches (Monte Carlo) Modell entwickelt und parametriert, das genaue Simulationen des Schichtaufbaus auf Einzelpartikeln sowie in der Population ermöglichen soll; und zwar, sowohl in der Oberflächenbedeckungsperiode des Prozesses (einschließlich eventuellen Inselwachstums) als auch in der darauf folgenden Zeit des Schichtwachstums. Schließlich wird die Feststoffausbeute des Prozesses gemessen und modelliert, die dem Wirkungsgrad entspricht, mit dem die Wirbelschichtpartikel Aerosoltropfen aus der Gasströmung filtrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen