Untersuchung der Sinterkinetik gasgetragener Nanopartikel auf kurzen Zeitskalen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Franz Huber
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565977284

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Messverfahrens und die Bereitstellung von zeitaufgelösten Daten zur Sinterkinetik gasgetragener fraktaler Nanopartikelaggregate bei hohen Temperaturen. Die Sinterkinetik spielt dabei in vielen Prozessen und Prozessschritten mit Partikeln eine große Rolle, zum Beispiel bei der Partikelbildung, oder bei der gezielten Materialbearbeitung durch Lasersintern. Zwar sind Sintermodelle in der Literatur verfügbar, jedoch liegen zur Anwendung benötigte Stoffdaten oftmals nicht vollständig vor. Bisher fehlt es an experimentellen Möglichkeiten, um Zeitskalen für unterschiedliche Sinterprozesse bei hohen Temperaturen direkt bestimmen zu können. In diesem Projekt werden zur Untersuchung der Sinterkinetik metallische Partikelaggregate verwendet, welche in einem Funkengenerator erzeugt und anschließend durch Absorption eines kurzen Laserpulses (ns und ps-Laser) innerhalb kurzer Zeit stark erhitzt werden. Dadurch werden, je nach Laserenergie, unterschiedliche Temperaturen der Partikel erreicht, was wiederum zu verschiedenen Sintermechanismen führt. Diese weisen unterschiedliche charakteristische Zeitskalen von einigen 100 ps bis einige 100 ns auf. Die Untersuchung der Kinetik erfolgt in diesem Projekt durch zeitaufgelöste Bestimmung der Aggregatgröße zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Laserbestrahlung mittels Kurzpuls-Lasern (ns und ps). Hierzu werden die laser-basierte Weitwinkel-Lichtstreuung (WALS, für Aggregatgrößen) und Zwei-Farben-Pyrometrie (2CP, für Temperaturmessung) eingesetzt. Zeitaufgelöste Messungen der Sinterkinetik bei verschiedenen Heiz-Laserenergien an verschiedenen Partikelmaterialien erlauben so die Bereitstellung experimenteller Daten zur Sinterkinetik bei hohen Temperaturen und somit auf ultra-kurzen Zeitskalen. Diese Daten sind beispielsweise für die Verbesserung von Prozessen / die Entwicklung neuer Prozesse zur Synthese von Nanopartikeln oder für die (Weiter-)Entwicklung von laser-basierten Messtechniken für Nanopartikel von hoher Relevanz. Ferner können die gewonnenen Ergebnisse zur schnellen Sinterkinetik erstmals zur Validierung und Verbesserung entsprechender Sintermodelle bei hohem Temperaturen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen